创造超材料 驾驭电磁波改变世界

深圳光启高等理工研究院（以下简称"光启理工院"）院长刘若鹏不久前刚刚过了30 岁生日，长着一张娃娃脸的他看上去像刚刚本科毕业的大学生。不过，当他拿起手边一幅可以折叠为笔记本大小的"江南水乡风景画"，游刃有余地介绍起这其实是一个用超材料（metamaterials）制造的超级便携式卫星天线时，听众会不由自主地忘记他的年龄。

"毋庸置疑，超材料技术的引入将彻底颠覆传统的卫星天线，让笨重的铁锅毫无存在的空间，"刘若鹏说，"一年多前，我们将它安装到了军用飞机上；目前我们的超材料卫星天线已经在全国22 个省份得到安装试用，包括中国最北边的漠河村边防哨所。"80后出生的刘若鹏眉宇间的自信不容置疑。

千万不要小瞧这个不起眼的平板卫星天线，它是全球前沿的超材料技术进入商业化应用的起点。今年7 月，美国专注于超材料卫星天线商业化应用的高科技公司凯米塔（Kymeta）宣布获得5,000 万美元的C 轮融资，用于超材料卫星天线产品的商业化发展。这一事件因在美国作为超材料技术商业化的标志，并因该公司此前得到比尔· 盖茨的早期投资而成为媒体报道的焦点。甚至有媒体提出：凯米塔将成为比尔· 盖茨的下一家10 亿美元的公司。而事实上，凯米塔管理层表示，到2015 年公司才可能开始销售相关卫星天线产品。

"在超材料技术的商业化方面，我们的确领先于全球！"刘若鹏颇为自豪地说。成立于2010 年7月的光启理工院专注于超材料技术（Meta-RF）的研发和产业化发展。据他透露，2013 年光启产业化公司总收入将超过2 亿元人民币（不包括对产业链下游的投资性收入）。智慧社区、无线互联、航空航天三大领域是光启营业收入的主要来源。

超材料是与电磁波密切相关的新兴技术材料，是调控电磁波的手段之一。电磁波在我们生活的世界里无处不在。从物理学角度来看，温度高于绝对零度的物体都会产生电磁波，而世界上不存在温度等于或低于绝对零度的物体。从低频到高频分类，电磁波包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、X- 射线和伽马射线等等。

之所以称为超材料，是因为自然界中并不存在这种材料。它是通过人工对于某些复合材料的微结构设计，使材料具备了超出自然材的某些电磁波响应特性，比如对电磁波的负折射率。科幻小说中的"隐身衣"便被视为未来超材料应用的极致案例。其隐身的奥秘在于，"隐身衣"的微结构可以让可见光"转向"，从而绕过它传播，而当人眼接收不尖端技术商业化电磁波负折射传播示意图。到可见光到达物体表面后产生的反射光时，物体就"隐身"了。

早在上世纪60年代，前苏联科学家便做出假想，渴望能够制造出"超越自然"的负折射率材料。然而，这一理论由于过于脱离实际而在此后的30 多年时间里无人问津。与以往新材料通过提取或者复合的宏观化学或物理的发展方式不同，超材料的设计从底层微观开始。"这有点类似于传统的手工织布，一点点将微结构搭建起来，直到最终形成整体，"刘若鹏解释说，"超材料是一个跨学科的科学，它的发展直接取决于两点：一是对超材料结构的设计需要大规模计算和仿真的能力，这一点在很大程度上依赖于计算机的发展；二是微结构加工的工艺手段，这对超材料的产业化极其重要。"

超材料科学是一个相当年轻的学科，从诞生至今只有10 多年的发展历史。2000 年，美国杜克大学史密斯（David Smith）教授首次在实验室做出负折射率材料，他以"超材料"命名，并在《科学》杂志发表论文，由此宣告了超材料极其学科的诞生，而史密斯教授也因此成为超材料科学的创始人之一。

2006 年本科毕业后，刘若鹏获得美国杜克大学电子与计算机工程系的全额奖学金，并赴美攻读博士学位，而他选定的导师正是在超材料领域赫赫有名的学科创始人史密斯教授。在杜克研究超材料的过程中，刘若鹏认识了此后与他回国共同创业的4位伙伴张洋洋、赵治亚、季春霖和栾琳。5 人中的3 人此后取得杜克大学博士，张洋洋和季春霖分别是牛津大学博士和哈佛大学博士后。

"超材料是一个多学科交叉的复杂学科，我们在研发过程中常常会展开跨专业、跨学校的合作，而我们5 人的搭配对于超材料科学来说相当精益，每个人都有各自擅长的领域——我擅长材料、洋洋擅长系统、治亚擅长工艺、春霖擅长计算、栾琳擅长光电子通信。"刘若鹏称。对他来说，搞这样的合作早已驾轻就熟，在中学期间他就经常自己拉队伍参加物理竞赛。而正是这样的团队合作让刘若鹏等人在此后取得了超材料研究方面重大学术突破。

2009年1月，刘若鹏和季春霖作为第一作者在《科学》杂志上发