果我们製造出小的铁氧体环，就能让它们在特定的波长范围內获得负磁导率。然而，这些材料单独使用时，並不能產生有用的负折射效果。只有当我们將金属棒和铁氧体环组合在一起时，神奇的效果才会出现 —— 我们得到了一个超材料单元。將大量这样的单元进行扩展排列，就能得到一种同时具有负磁导率、负介电常数和负折射率的材料。金属棒和铁氧体环单独存在时，都无法產生奇妙的负折射现象，但它们组合在一起后，就实现了这一效果。至此，我们製造出了第一种超材料。“

“那么，这种超材料能用来做什么呢假设你想要將一束无线电波聚焦到接收器上。如果你使用一块传统材料製成的聚焦透镜，它反而会使无线电波更加分散；而如果使用一层超材料，情况则会完全相反。更棒的是，这种超材料可以被製成平面形態，却依然能够將无线电波集中到接收器上，这对於电子设备来说无疑是一大福音。我们实现了製造完美透镜的终极目標 —— 这种透镜能够聚焦辐射，且不需要通过改变透镜厚度来实现这一功能。我们对超材料结构的操控越精准，就能用它製造出適用於更短波长的透镜。“

“超材料还能实现其他有趣的功能。例如，假设你希望只有特定波长的无线电波能够进入接收器，以 wi-fi 的 2.4 吉赫兹频率（对应波长 12.5 厘米）为例，我们可以对超材料单元进行调节，使得这种超材料仅在 wi-fi 频率范围內起到完美透镜的作用，而其他频率的无线电波则会像遇到普通材料一样被散射或產生其他作用。这样一来，信號的信噪比会显著提高，我们就能获得更高效、更高质量的 wi-fi 信號。“

“我们还可以利用超材料实现一种名为 “反向都卜勒效应” 的现象：通过改变超材料单元的几何结构，我们实际上可以补偿任何都卜勒效应。如果你曾经听过车辆行驶时喇叭或警报器的声音，就会对都卜勒效应有所体会 —— 当车辆向你靠近时，声音的音调会升高（我们称之为 “蓝移”）；当车辆远离你时，音调会降低（我们称之为 “红移”）。在天文学中，你也会接触到这一概念：当恆星向我们靠近时，其光谱会发生蓝移；当恆星远离我们时，光谱会发生红移。除了银河系及其最近的邻近星系中的恆星外，宇宙中所有恆星都在隨著宇宙的膨胀而远离我们，因此它们的光谱都会发生红移。“

“对於高速飞行的太空飞行器来说，都卜勒效应是一个棘手的问题。因为根据接收器和发射器之间是相互靠近还是远离，传输的信號会发生蓝移或红移。多年来，如何补偿这种效应一直是美国国家航空航天局（nasa）面临的一大难题，需要使用昂贵的设备来应对这一现象。例如，在惠更斯號探测器进入土星卫星土卫六的大气层时，由於它与母船卡西尼號之间存在都卜勒效应问题，我们险些无法获取探测器传回的数据。这一问题还导致惠更斯號探测器从卡西尼號上的部署时间推迟了四年。“

“然而，在未来，我们只需对超材料进行调节，就能逆转任何都卜勒效应，让接收器能够接收到其设计时所设定的最佳工作频率的信號。这对於太空飞行器本身也大有裨益，它能使太空飞行器上的无线电设备更可靠、重量更轻且能效更高。“

“超材料的另一大出色特性是，它能够接收来自各个角度的无线电波，並將这些电波完美地聚焦到接收器上。这意味著我们不再需要反覆调整接收器的角度来获取最佳信號。“

“鑑於超材料在军事领域的应用潜力，再结合我自身的军事背景，接下来我將通过一个军事场景的例子，更直观地展示超材料的优势。假设战场上有两名士兵，罗穆卢斯（rous）和瑞摩斯（re），罗穆卢斯使用的是传统技术装备，而瑞摩斯使用的是基於超材料的技术装备，他们的作战表现会有怎样的差异呢“

“罗穆卢斯穿上了迷彩服，还在脸上涂了迷彩油彩，以打破自身外形的轮廓，儘量不被敌人轻易发现。但不幸的是，没有任何办法能真正隱藏他的红外信號，而且他远未达到真正 “隱形” 的状態。此外，穿上迷彩服、涂抹脸彩还费了他宝贵的时间。“

“罗穆卢斯所在的部队正在向战场推进，但部队成员很难確定其他友军部队的位置，甚至连自己部队內部成员的位置都难以掌握。在现实中，友军误击事件时有发生，尤其是在成员之间无法相互看见的情况下。“

“经过一整天在战场上的艰难跋涉，罗穆卢斯所在的部队终於得到了休息的机会。他携带的电子设备需要依靠沉重的