據英國《自然》雜志網站近日報道，近幾年，“超材料”逐漸成為科學家們爭相研究的前沿領域。他們表示，經過工程學方法處理的具有新奇光學屬性的“超材料”在不久的將來，會揭開自己“神秘面紗”，從實驗室大步邁入市場。
“超材料”：生活中不可或缺
如果湯姆·德里斯科爾從來沒有聽說過“哈利·波特式的隱身斗篷”這樣的詞語，他應該會很高興，但這不可能發生。現在，“哈利·波特式的隱身斗篷”這樣的詞語已經成為濫觴——當媒體報道“超材料”領域取得的進步時，似乎無法拒絕這一表達的神奇“魔力”，致使這樣的詞語不定期就會充斥各大媒體與觀眾見面。
物理學家德里斯科爾在“高智發明公司”工作，主要負責“超材料”的商業化開發和推廣工作。
“超材料”是具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工復合結構或復合材料，其能采用天然材料無法做到的方式彎曲、散射或傳輸電磁波。理論學家們認為，“超材料”能被用來制造各種各樣的隱形裝置，這些裝置就像某些科幻小說中提及的“隱形斗篷”那樣，能使物體周圍的光等電磁波“繞道而行”，從而使物體變得不可見。
2000年，美國加州大學圣地亞哥分校的物理學家戴維·史密斯和同事首次向公眾展示了“超材料”的神奇魔力：他們利用微波技術把一個直徑5厘米的銅制小圓筒成功地隱藏起來，盡管史密斯等人對隱形范圍只相當于一粒豌豆這一實驗結果并不滿意，但這仍然是“超材料”史上值得大書特書的時刻。
其實，英國帝國理工學院的約翰·潘德瑞爵士才是“超材料”的發明者。早在上世紀90年代中期，潘德瑞進行的實驗就證明，一排細小的銅線和銅環對微波的折射率為負數，而所有天然材料的折射率都為正，并在此基礎上提出了負折射理論。潘德瑞認為，人眼之所以能看見物體，是因為光線反射的緣故，而未來納米技術的發展，使科學家能夠研發出一種改變光線方向的材料，這就是“超材料”。
史密斯和潘德瑞的研究結果極大地誘發了科學家們對“超材料”的興趣，很多“超材料”研究人員希望能讓“隱形斗篷”早日成為現實，軍方也亟不可待地投入了大筆資金。
不過，迄今為止，研制出的“超材料”的魔力還十分有限：只在單層的二維材料上取得了成功；“負折射”特性也只出現在微波范圍。對于波長更短的光，比如人眼適應的可見光，還無能為力。也就是說，這些“超材料”還無法制成在那種人眼前消失的“隱身斗篷”。目前，只是一個鼠標大小的隱形罩，對科學家們來說都是一個比較大的目標，研制出“隱身斗篷”至少需要數十年。
德里斯科爾也補充道，“超材料”領域的研究人員目前仍然面臨很多令人望而卻步的挑戰，其中最突出的是，找到便宜的方法，在納米尺度下制造出超材料元件并精確地控制其“一舉一動”。因此，從現實情況出發，廉價的衛星通訊設備、更纖薄的智能手機以及超快的光學數據處理設備“有望成為超材料發揮最大影響力的地方”。
據悉，首塊由“超材料”制成的產品有望于明年面市，這也有望引發連鎖反應，讓普通消費者在使用“超材料”中受益，比如，在飛機上或從手機那兒獲得更快、更便宜的互聯網連接。德里斯科爾表示，這樣的應用也將有助于由“超材料”制成的產品從“人們生活中的新奇之物”變身為“生活中不可或缺之物”。
“超材料”天線：讓飛機與衛星“通話”
今年1月，現在在美國杜克大學工作的史密斯成為高智發明公司“超材料”商業化部門的聯合負責人之一。他表示，首款由“超材料”制成的商業化產品最早將于明年上市。
從高智發明公司拆分出來的衛星通信創業公司Kymeta希望向市場上推出一款緊湊型的天線，這或許是首款與“超材料”有關的面向普通消費者的產品。這個相對來說比較廉價的設備會讓飛機、火車、輪船、汽車在移動網絡鞭長莫及的偏遠地方連接衛星寬帶上網。
目前，這一天線的技術細節仍是秘密。據悉，這款天線基于“電磁超材料”。這是一類人造材料，能夠控制電磁波，使射頻信號對準衛星，從而建立持續的寬帶連接。
該天線的核心是一塊平滑的電路板，其上包含有數千塊這種電磁“超材料”元件，每個元件的屬性可以被設備內置的軟件改變。當天線正確地追蹤到衛星時，各個“超材料”元件釋放出的波會互相加強并朝衛星所在的方向擴散，其他方向釋放出的波則會相互抵消并消失得無影無蹤，這就使得不管衛星在天空中的哪個地方，該天線都能追蹤到而不必像標準的碟形天線一樣總朝一個方向盯著一顆衛星。
該公司表示，與目前廣泛使用的衛星天線相比，采用這一技術研制的新“超材料”衛星天線更輕、更薄、更便宜。Kymeta公司已經向投資者和潛在的合作伙伴展示了這一技術，他們也計劃對這一技術進行更進一步地研究，在降低成本的同時保持其嚴苛的性能標準，以滿足監管機構的要求。
Kymeta公司表示，這款天線計劃于明年推向市場，或許首先會在私人飛機和客機上使用，如果市場反應良好，他們希望將這一技術應用于便攜式、能效高的衛星通信產品內，用于營救工作或研究領域。這些產品將廣泛應用于航天、交通和海洋等領域，而且，該公司也計劃為個人用戶開發便攜式衛星接入設備。
