”那么，如何制造超材料呢？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量的材料，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，并且每个单元结构的尺寸要小于它所作用的光的波长。从宏观层面来看，将具有负磁导率的材料与具有负介电常量的材料结合，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 计算机显示器屏幕来举例说明这一原理。虽然显示器屏幕本身并非超材料，但它能帮助我们理解许多材料的工作方式。led 屏幕由大量象素组成，每个象素实际上是由红色、绿色和蓝色的 led 组件组合而成。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 组件的开关，一个能够产生几乎任何色调和亮度的象素就形成了。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。你不会去关注每个象素具体的色调和亮度，更不会留意每个象素中各个 led 组件的工作状态，你所关心的只是能够看到这些神奇的动态画面。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，但他们完全无法想象如何将这些技术提升到制造 led 屏幕所需的水平，也无法想象如何以足够快的速度控制这些组件，从而形成动态画面的视觉效果。超材料的原理与此类似：其单个组成组件的行为与我们所熟知的普通材料并无不同，但当这些组件与其他组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径庭了。”
”在超材料中，单个组件需要被构建成特定的几何型状，且这些组件的尺寸要小于该材料所要操控的光、辐射或声音的波长。这就意味着，直到最近，超材料的设计还只能用于操控无线电波和声波，而无法操控可见光。因为制造出能够与无线电波或声波的较长波长相匹配的组件要容易得多。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。”
”制造出尺寸小于可见光（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。。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借助可见光观察到它们。而超材料的单个单元结构需要小于数百纳米，也就是要小于光的波长。”
”不过，近几十年来，我们在微型制造领域已经取得了显著进步。现代处理器中的晶体管尺寸约为 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，如今我们已经能够制造出处于这一尺寸范围的组件了。但问题在于，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，而且我们无法制造出均匀且完全相同的组件。”
”这并不是说制造可见光和红外线波段的超材料是不可能的，只是它们的制造难度要大得多。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于光的波长。”
”首先，让我们来谈谈基于无线电波的超材料及其制造方法。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量和磁导率均为正值，但也存在例外情况：铁氧体的介电常量为正，磁导率为负；而等离子体的介电常量为负，磁导率为正。