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「超穎材料」（metamaterials）又稱「超材料」，可說是近20年內發展最快速的研究領域之一。「Metamaterial」一字中的「meta」意指「超越」，大家如果搜尋超穎材料的新聞，很容易就能找到有關「負折射」、「隱形斗篷」、「超薄透鏡」、「奈米天線」、「超輕隔音材料」，以及其他相關的報導。但事實上，超穎材料並不是單指某類特殊材料，而是一種關於材料的新觀念。超穎材料通常是指：人工設計的某種週期結構，被當作材料使用時，具有一般天然材料所沒有的特性。這些特性可能是負的折射率、負的彈性係數、對光或聲的異常阻隔，或吸收、隱形能力，以及輕薄不佔體積，但卻能取代傳統材料元件對光與聲的調控能力等。

在此文中，將介紹早期超穎材料研究的基本概念與相關的物理現象。若要深入了解其他相關的資訊，讀者可參考文末的延伸閱讀資料。

超穎材料的概念

光在物質中的傳播速率v與真空中的光速c不同，後者對前者的比值n=cv，也就是折射率，數值越大代表介質中的光速越慢。根據光的電磁理論可推得n=，其中ϵ 與μ分別是相對介電常數（relative permittivity）與相對磁導率（relative permeability），代表在電場與磁場影響下，介質容易被極化（polarized）的程度。在後續的討論中，我們直接稱它們為「介電常數」與「磁導率」。由此結果可看出：若介質越容易被極化，光與介質的交互作用就越強，使介質中的光速變得越慢。

在天然的材料中，非導體的透明材料具有正的介電常數，而導體在不同頻率下則可以具有負的、正的，或是複數（complex valued）介電常數。複數介電常數的虛部（imaginary part）代表介質吸收光並轉化為熱能的能力；而負的介電常數則通常表示該介質中的電子或離子因某種共振機制，而生出很大且與電場方向相反的電偶極（electric dipoles）。至於磁導率，除了鐵磁性物質可以有很大的（正）數值之外，一般材料的磁導率都接近1，而且基本上沒有負值。當ϵ 與μ 兩者只有一個是負值的時候，折射率n===i 是一個純虛數，即為「單負介質」，這代表電磁波無法在介質中傳播。當光波照射到這樣的介質時，就會完全被反射回入射區。……【更多內容請閱讀科學月刊第622期】