電磁超材料(Electromagnetic Metamaterial)是一類(lèi)介電常數(shù)和磁導(dǎo)率可人為控制、各參量可正可負(fù)的新型人工復(fù)合電磁材料。電磁超材料具有許多與通常的電磁材料完全不同的奇特性質(zhì)。首先，電磁波在其中傳播時(shí)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)與電磁波波矢量的方向三者滿足左手法則，與通常電磁介質(zhì)中三者之間滿足右手法則完全不同。

        由此，電磁波能流方向與電磁波傳播方向反向平行，電磁波的群速度方向與相速度方向相反，從而具有反向波的特性，并會(huì)產(chǎn)生反向的多普勒效應(yīng)。其次，電磁超材料可具有負(fù)的折射率，形成負(fù)折射特性，這是與我們熟知的折射完全相反的奇特現(xiàn)象。2001年首先在實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了微波頻段的負(fù)折射現(xiàn)象而被美國(guó)《科學(xué)》周刊評(píng)選為 2003 年世界十大科學(xué)成就之一。由此可構(gòu)成特別的透鏡，可以突破傳統(tǒng)透鏡的衍射極限，對(duì)電磁波近場(chǎng)進(jìn)行成像，從而獲得遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)的超分辨率。

        電磁超材料由于其獨(dú)特的電磁性質(zhì)而可以應(yīng)用于電磁波吸收材料，實(shí)現(xiàn)金屬目標(biāo)的隱身。例如，利用該材料的負(fù)電磁參數(shù)構(gòu)造高阻抗表面，可以實(shí)現(xiàn)薄板電磁波吸波結(jié)構(gòu); 又如，利用該材料中的電磁諧振結(jié)構(gòu)，對(duì)其電磁參數(shù)進(jìn)行可控設(shè)計(jì)，可針對(duì)特定頻段實(shí)現(xiàn)吸波，材料厚度只有二十分之一波長(zhǎng)等等。特別是利用電磁超材料的強(qiáng)諧振損耗性質(zhì)，通過(guò)合理設(shè)計(jì)超材料電磁參數(shù)，使它的波阻抗與空氣匹配，同時(shí)利用電磁特異材料的諧振損耗可實(shí)現(xiàn)完全吸波。據(jù)此設(shè)計(jì)制備的吸波結(jié)構(gòu)，理論上可實(shí)現(xiàn) 100% 吸波，實(shí)驗(yàn)上微波吸收率已達(dá)到88% 。

        由于電磁超材料只在一個(gè)較窄的頻段內(nèi)表現(xiàn)出理想吸波特性，所以超材料構(gòu)成的吸波結(jié)構(gòu)是一種窄帶吸波結(jié)構(gòu)。這種窄帶吸波結(jié)構(gòu)可以用于解決吸波材料的低頻問(wèn)題，屏蔽或吸收特定通信或雷達(dá)探測(cè)頻段的信號(hào)，適用于針對(duì)特定頻率雷達(dá)的隱身、特定雷達(dá)罩結(jié)構(gòu)、抗電磁干擾、信息安全等應(yīng)用場(chǎng)合。通過(guò)合理設(shè)計(jì)電磁超材料的電磁參數(shù)，可使入射電磁波完全在覆蓋于目標(biāo)外的人工電磁超材料中繞射傳播，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的完全隱身。

        實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)完全驗(yàn)證了電磁波彎曲繞射傳播新概念，實(shí)現(xiàn)了微波頻段的金屬目標(biāo)隱身。以新型人工電磁材料為基礎(chǔ)的新概念電磁波隱身理論和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證再次被美國(guó)《科學(xué)》雜志評(píng)為 2006 年的十大科技突破之一。這種隱身技術(shù)新概念與運(yùn)用吸波材料實(shí)現(xiàn)隱身的概念不同，它不是將雷達(dá)波能量通過(guò)材料吸收，而是通過(guò)設(shè)計(jì)特定人工電磁材料使雷達(dá)波繞過(guò)武器目標(biāo)，而不產(chǎn)生回波。

        由于電磁超材料的吸波性能主要由其中的單元諧振結(jié)構(gòu)決定，因此通過(guò)人為改變諧振結(jié)構(gòu)就可以方便地實(shí)現(xiàn)吸波頻譜的有效調(diào)節(jié)。例如，在吸波結(jié)構(gòu)中集成變?nèi)荻O管等可調(diào)器件，可以制作出擁有新穎可調(diào)功能的吸波結(jié)構(gòu)。

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