“超材料（metamaterial）”

定义：是一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。从本质上讲，metamaterial更是一种新颖的材料设计思想，这一思想是通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计来突破某些表观自然规律的限制。

崭新的材料设计思想：

“超材料”的基本设计思路是：材料中所呈现的一些物理性质往往和材料结构中的关键物理尺度有关。一个最直观的例子是晶体。晶体是自然界中物质的有序结构的一个重要形式，它的有序主要存在于原子层次，正是由于在这个尺度上的有序性调制，使晶体材料形成了一些无定型态所不具备的物理特征。由此类比，在其它层次上的有序排列则可能获得一定程度的自然界中的材料所不具备的物理性质。因此，人们可以通过各种层次的有序结构实现对各种物理量的调制，从而获得自然界中在该层次上无序或无结构的材料所不具备的物理性质。

光子晶体（通过和电磁波波长相当的尺度上的人工周期性性结构对一定频段的电磁波形成“带隙”，类似与半导体的晶体结构对电子物质波的调制而形成电子能带带隙一样）

光子晶体是由具有不同反射率的材料在空间交替构成的一种周期结构。由于光在与其波长相匹配的周期结构中运动时，受到周期的散射和衍射，于是便产生了光的频率禁阻，在该系统中，某些频段的电磁波强度因破坏性干涉呈指数衰减，无论横向还是纵向的振动，都无法在介质中传播，形成电磁波能隙。

光子晶体的最根本特征是具有光子禁带(图3)，落在禁带中的光是被禁止传播的。当原子被放在一个光子晶体里面，而它自发辐射的光频率正好落在光子禁带中时，由于该频率光子的态的数目为零，因此自发辐射几率为零，自发辐射也就被抑制；反过来，光子晶体也可以增强自发辐射，只要增加该频率光子态的数目便可实现，如在光子晶体中加入杂质，光子禁带中会出现品质因子非常高的杂质态，具有很大的态密度，这样便可以实现自发辐射的增强。

微波频段的光子晶体的制备可以通过精密微加工实现。由于光子带隙的波长达到光频需要材料在更小的尺度（纳米到亚微米）得到周期性，所以这一直以来都是个技术上的挑战，目前在实验室中制备可见光频段三维完全带隙光子晶体还没有取得重大突破，因此，光频下光子晶体的制备必将是目前研究的重点，其主要方法有半导体工艺和自组装等。半导体工艺是一种昂贵、但精确、可靠的制备方法，并且有希望形成各种期望用于应用的光子晶体结构和缺陷；但是它太过于复杂，其缺点是技术过于复杂，且三维结构难于实现。自组装让微球形成有序结构，让其作为基板进一步制备出光子带隙材料。这种方法简单、便宜、高速；不足的是有序结构的大小和完整性受到限制，引入特定的缺陷困难。