《哈利波特》系列是一则绝妙的魔幻故事。哈利曾尝试过使用一件神奇的道具：隐身斗篷，帮助他从霍格沃茨回到安全的地方。你相信隐身斗篷未来能在现实世界中实现吗，还是只能存在于书中的想象？

实际上，隐身斗篷背后的物理原理是对材料的物理量折射率n的控制。自然材料的折射率通常为正数，而隐身材料的折射率需要为负数。如图1a是筷子放入两个装有不同液体的杯子，左边的那个是折射率为正时我们可以看到的，右边则是为负数时看到的。正是基于这一原理，2006年美国Smith研究团队设计了一种超材料隐身斗篷，如图1b所示。

电磁超材料（ Electromagnetic Metamaterials ）是由亚波长尺寸的金属或介质材料单元周期阵列组成的人工结构，它让许多曾被认为不会实现的功能和自然界中不存在的光学现象成为可能。超表面（超材料的二维对应）中的单元结构可视为“人工原子”（Meta-atom），通过改变这些“人工原子”的形状、尺寸、排布等，人们能够在纳米尺度上实现对光学器件的功能定制和按需设计。电磁超材料发展得益于近二十年的微纳制造技术的进步，其包括光学曝光、电子束曝光技术、聚焦离子束加工技术、激光加工技术、纳米压印技术、离子束技术、薄膜技术和字组装技术等，图2为微纳结构示意图。

与传统光学材料相比，电磁超材料具有明显的优势和特点。首先，利用功能化的超表面替代传统光学组件，可以提高光学产品的小型化和便捷性，如平面超透镜。传统的光学透镜是一种基于光折射规律、由透明物质制成的光学元件，其明显的缺点是体积大、质量重，并且存在色差效应。基于位相调控机制的透镜超表面（超透镜）为解决这些问题提供了新思路，即通过设计超表面结构单元的非均匀排布进行空间各点的相位调节，可以实现透射光聚焦到同一点，如图3a所示。其次，借助超表面可以突破光学衍射极限，实现片上（on-chip）纳米光子器件的开发和集成，如纳米激光器等，如图3b所示。最后，基于超表面能够设计和发现新奇电磁特性及原理，拓展新应用领域，如全息成像和编码，如图3c所示。

近年来，随着对电磁场与超表面相互作用的理解逐渐深入，人们提出或者更新了一些超表面物理概念并在实验上得到成功验证，如拓扑光子、连续域束缚态（BICs）、奇异点（EP），以及非厄米开放光学系统，这些新概念为发展超表面功能器件提供了新原理和新思路，在高灵敏生物探测、低阈值单模激光器，以及高效非线性光学器件等应用方面具有广阔的应用前景。总之，由于具有超强的电磁场调控能力，超表面为探索电磁场调控新原理、新技术和新方法提供了理想的实验平台，将对推动纳米光子学和量子光学领域的发展起到重要的作用。

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