“那么，如何製造超材料呢其原理是：用至少一种具有负磁导率的材料和至少一种具有负介电常数的材料，构建出特定的几何结构图案。通常，这些图案会以重复单元（称为 “单元结构”）的形式排列，並且每个单元结构的尺寸要小於它所作用的光的波长。从宏观层面来看，將具有负磁导率的材料与具有负介电常数的材料结合，就能得到一种具有负有效折射率的材料。“

“我们可以用你的 led 电脑显示器屏幕来举例说明这一原理。虽然显示器屏幕本身並非超材料，但它能帮助我们理解许多材料的工作方式。led 屏幕由大量像素组成，每个像素实际上是由红色、绿色和蓝色的 led 元件组合而成。通过像控制一组小型彩色灯泡的亮灭那样，控制红色、绿色和蓝色 led 元件的开关，一个能够產生几乎任何色调和亮度的像素就形成了。当我们从远处观察时，看到的就是此刻你正在观看的视频画面。你不会去关注每个像素具体的色调和亮度，更不会留意每个像素中各个 led 元件的工作状態，你所关心的只是能够看到这些神奇的动態画面。而这样的画面，在几代人之前还只是人们的幻想，在更早的祖先眼中，甚至可能被视为近乎魔法般的存在。“

“你的近几代祖先可能了解彩色灯光和电灯开关，但他们完全无法想像如何將这些技术提升到製造 led 屏幕所需的水平，也无法想像如何以足够快的速度控制这些元件，从而形成动態画面的视觉效果。超材料的原理与此类似：其单个组成元件的行为与我们所熟知的普通材料並无不同，但当这些元件与其他元件组合在一起形成整体时，超材料所表现出的特性就与传统材料大相逕庭了。“

“在超材料中，单个元件需要被构建成特定的几何形状，且这些元件的尺寸要小於该材料所要操控的光、辐射或声音的波长。这就意味著，直到最近，超材料的设计还只能用於操控无线电波和声波，而无法操控可见光。因为製造出能够与无线电波或声波的较长波长相匹配的元件要容易得多。微波是无线电波中波长最短的一种，其波长约为 1 毫米或更长，这比波长最长（约 1400 纳米）的近红外线还要长 7000 多倍。“

“製造出尺寸小於可见光（波长 390-700 纳米）甚至近红外线（波长 750 纳米 - 14 微米）波长的几何结构，是一项极具挑战性的任务。在这些光的波长范围內製造元件之所以困难，是因为原子的直径仅为 0.1-0.3 纳米，要在如此小的空间內构建元件，可容纳的原子数量非常有限。举个例子，我们通常认为人体生物细胞已经非常微小，但它们的直径通常有数千纳米，甚至更大，因此我们可以用显微镜藉助可见光观察到它们。而超材料的单个单元结构需要小於数百纳米，也就是要小於光的波长。“

“不过，近几十年来，我们在微型製造领域已经取得了显著进步。现代处理器中的电晶体尺寸约为 14 纳米，这比我们能看到的最长波长的光（接近红外线的深红色光）还要小 50 倍，比我们能看到的最短波长的光（接近紫外线的蓝色和紫色光）还要小 30 倍。所以，如今我们已经能够製造出处於这一尺寸范围的元件了。但问题在於，在达到我们想要操控的光的波长尺寸之前，可供我们使用的材料非常有限，而且我们无法製造出均匀且完全相同的元件。“

“这並不是说製造可见光和红外线波段的超材料是不可能的，只是它们的製造难度要大得多。目前，我们已经有了一些相关实例，这些超材料通常是由两种差异极大的材料形成的极薄涂层构成，且涂层组合的厚度远小於光的波长。“

“首先，让我们来谈谈基於无线电波的超材料及其製造方法。这类超材料是我们目前了解最为透彻的，也是最早被研发出来的。正如前面所提到的，大多数天然材料的介电常数和磁导率均为正值，但也存在例外情况：铁氧体的介电常数为正，磁导率为负；而等离子体的介电常数为负，磁导率为正。“

“金属具有所谓的 “等离子体频率”，且这一频率低於光的频率范围。在高频情况下，金属的行为类似於等离子体。通常情况下，金属是良好的导体，但当频率高於其等离子体频率时，金属就会变成不良导体，电流无法正常產生。这会导致电磁波能够穿过金属，就像穿过有损耗的真空，而不是穿过固体物质一样。“

“如果我们製造出非常小的金属棒，就能让它们在特定的波长范围內表现出类似等离子体的特性，从而获得负介电常数；如