電磁超材料（EM Metamaterial）發展前景如何？
（本文禁止任何形式的轉載！！！！）多圖~
首先我是一個超材料的堅決的反對者，在這個領域白白浪費的寶貴青春是我人生到目前為止最大的遺憾。
對於超材料我個人認為其在微波頻段既沒有純粹的科研價值，更沒有任何實用價值。在光波波段由於不太了解不敢妄下結論。對於最高票的回答 @楊二雖然不認同，但是十分能夠理解。看到這麼多人關注這個話題，覺得必須說點兒什麼，可以讓大家從另外一個角度去認識超材料，兼聽則明。
為了便於更多的人閱讀，寫的通俗些。
首先回顧一下超材料的歷史
Pendry爵士，1943年出生，帝國理工理論和固體物理大牛，在正經的物理領域頗有建樹。看看他早年的研究，並沒有跟超材料相關理論有關聯的地方，他是如何腦洞大開想到搞個金屬絲也就是所謂的負介電常數呢？這個問題當年我百思不得其解，後來從接觸到他身邊人才了解到那個年代飛機隱身技術還沒有現在這麼明確，毛子一天在瞎胡搞什麼等離子體隱身，在飛機表面搞什麼等離子體發生器。這個玩意兒不靠譜極了等離子體吸波性能確實不錯，但是飛機一飛全都吹散亂了啊，畫面太美不敢想啊。Pendry這時候在做這方面的研究，他想到離子體一吹就散了，如果我們能把等離子體固定到飛機表面就牛叉了，於是他就想到了人工造個等離子體就好了啊。等離子體物理學已經研究的很深入了，任意服從Drude金屬電子模型的材料都存在等離子頻率，其公式為：
其中
IN A SENSE, every material is a composite, even if the individual ingredients consist of atoms and molecules. The original objective in defining a permittivity and permeability was to present an homogeneous view of the electromagnetic properties of a medium. Therefore, it is only a small step to replace the atoms of the original concept with structure on a larger scale. We shall consider periodic structures defined by a unit cell of characteristic dimensions . The contents of the cell will define the effective response of the system as a whole.
Smith也是搞物理出身的，UCSD博士畢業，在進入超材料領域之前一直做的是有關光子晶體的研究。2001年Smith實現了負折射材料並在Science上發表。
這裡題外說一下DARPA（美國國防部先進研究項目局），Smith的在Science上發表的這篇文章文末就提到DARPA資助了這個項目，其實在整個超材料發展的過程中，DARPA都給予了強有力的支持。特別是在08年奧巴馬上台後美國削減國防科研支出，項目異常難申，但是只要是與超材料相關的項目，申請難度就會降低。
2005年Smith發表了一篇超材料界里程碑式的文章（Smith, D.R., et al., Electromagnetic parameter retrieval from inhomogeneous metamaterials. Phys Rev E Stat Nonlin Soft Matter Phys, 2005. 71(3 Pt 2B): p. 036617.）提出了場平均法提取材料的電磁參數，從此任何結構都可以提取等效電磁參數，比如搞個知乎形金屬結構：
10Ghz下電場就是這個樣子：
提取一下等效電磁參數：
有了材料參數接下來當然就是腦洞大開~各種奇奇怪怪的東西開始設計，忽悠大把的經費灌大量的水，忽悠的核心就是共性映射那一套，至於透鏡之類的太low了就不提了。感受一下一個最簡單的映射：
完成這個映射需要的超材料參數是這個樣子，這個張量也真是讓人醉了：
效果大概就是這個樣子：
花式一點的效果：
這樣
或者這樣：
上面兩幅圖就是被媒體炒來炒去的人造電磁黑洞。
好久沒有關注超材料方面的進展了，不知道高票中說的拓撲絕緣體是什麼高端方向，不知道是不是跟崔前兩年做的那個「靜電影身斗篷」有關。
------------------------------------------------------分割線-------------------------------------------------
超材料本來就是兩個物理學家搞出來的東西，以他們的視角來說並沒有什麼不對。這個思想就如最高票所說也可能很有新意值得稱讚，但是在微波實際應用領域超材料作用很有限
一、電路參數遠優於材料參數
Smith教授05年的文章提到的方法，也是現在廣泛應用的S參數提取法，其核心簡單來說即從散射參數的幅相關係得到等效阻抗和折射率，再由阻抗和折射率的關係得到介電常數和磁導率，最後通過介電常數磁導率的設計材料。這是超材料的一般設計過程。
該邏輯為內在等效的電參數和空間尺度決定了網路散射係數。
而傳統的微波認為等效電路參數決定了其網路散射參數，也就是RLC。
RLC是隨頻率不變的量，所以很自然的可以得到系統的寬頻特性。而電參數是一個隨頻率變化的參數，孰優孰劣一目了然。
看看傳統微波思想的一系列設計：
1965 - Hard Point Demonstration Array Radar (HAPDAR)
PERO無源相控陣
AN/TPQ-36 Firefinder Radar
（第一帶陣風的機載相控陣雷達就是randant設計，這個圖片好像是第二代的已經換裝有源相控陣，第一代因為年代久遠還沒找到實物圖）
這些設計都是傳統微波工程的經典之作，拿最後一個舉例子，他的設計結構等同於：
如果用超材料的思路進行設計一束平面波入射，可以「折射」到任意角度，這個電磁參數該如何等效，如何設計。在我的知識範圍內，利用超材料是無法設計的。
（未完待續。。。）
過年了先留個坑，過完節慢慢填。
最後再說說超材料的商用：
LG 電子新款巧克力手機選擇 RAYSPAN 的超材料空中介面
這是09年的新聞，當年LG那個巧克力手機還蠻火的，不過這個rayspan公司好像11年就倒閉了，看看它的天線：
也許叫它帶耦合單元的單極子天線更合適吧。如果非要說是超材料…我還真不知道超在什麼地方…
還有這個rayspan成立在聖迭戈，是Smith發跡的地方，讓人不禁浮想聯翩。
----------------------------------------------2015.11.28---------------------------------------------------
回復一下楊肥腸 @楊肥腸
然而並不能說明什麼，現在全球超材料公司都是一個套路也是醉了，打開kymeta的首頁，感受一下畫風
把相控陣說的這麼有詩意也是文學水平高，全息近似這麼有情懷的詞，我也是被感動了，哈哈哈哈。
相控陣天線掃描的原理清晰明確，不需要什麼科幻的說法。
這裡我不由得吐槽一下全息這個詞，全息的本質也就是同時記錄幅值和相位信息。在光波段，膠片只能記錄幅值信息，所以需要幅度相位已知相干光與待記錄光進行干涉，這樣在底片上記錄的幅值干涉條紋也就包含了相位信息，可以通過重構重建出被記錄光的幅值和相位信息。而在微波波段，相位和幅值信息不僅好記錄而且易於實現，我就不明白引入全息這個概念的學術意義。不過聽起來有情懷好騙經費是個不錯的點。
也許是我見得少，我目前所見的超材料天線都是沒有意義的。
平板衛星天線，這種平面反射陣列在上世紀70年代就投入使用了，我記得NASA有一款衛星就用的這個。
還有在展廳show off的相控陣
Harris公司是成立於1895年的知名國防承包商，分分鐘吊打
http://govcomm.harris.com/solutions/spacesystems/phasedarrayantennas.aspx
居然被牆了…翻牆看吧…
第一行第二個天線
帶寬VHF到毫米波，這就是current sheet array。它的設計思路方法都很清晰，不需要超材料什麼東西。
踏踏實實做點兒東西，不要老是想搞個大新聞，科學就是科學，不需要藝術化的描述，我個人覺得這樣不好。
好吧，我來解答一下。
首先先來段超材料的簡介，我覺得題主對超材料的認識有些偏差。
超材料是一種新型的人工材料，它的特點是構建一個單元結構來模擬傳統材料的原子，如圖（1），然後用這種單元結構組成一個周期性的材料。最典型的超材料就是Pendry最早提出的開口諧振環（圖（2）），這種結構可以用電路中得LC電路來理解，開口相當於一個空間電容，在z方向上會有一個空間電感，所以在特定頻率下，電磁波就會諧振，從而改變電磁波的傳播，這種效果可以用一個宏觀的參數來定義，就是介電常數和磁導率。圖（3）給出來開口諧振環組成的周期結構的等效磁導率。可以看出，磁導率隨著頻率變化，並且會出現很負值，零值和很大的值。這就是超材料的魅力。能夠隨心所欲的得到想得到的電磁參數，並且有些值是自然界不存在的，比如負值，和零值，極大的擴展了人們的選擇。
圖（1） （a）傳統電磁材料，它的最小單元是原子，（b）超材料，它的最小單元可以自由設計，比如開口諧振環。
圖（2）最典型的超材料，開口諧振環。
圖（3）開口諧振環的等效磁導率。
說完超材料，再說說負折射率介質。負折射率介質的神奇效果，早在1968年就已經有蘇聯科學家研究過了（順便說一下，蘇聯的科學家確實很厲害，很多科技都很超前）。但是意義不大，因為在2003年之前，普遍認為負折射率介質是不存在的。所以關鍵是2003年，D.R. Smith實驗驗證了負折射率材料。順便說說pendry和smith的關係，pendry是一個早就成名的大牛，主要是研究理論的，他提出了超材料，並且分別提出來一種可以得到負磁導率的材料（開口諧振環）和一種可以得到負介電常數的材料（金屬線陣列）。有一次pendry去杜克大學開講座，smith在台下聽，他當時還是一個博士後，他聽過報告後很受感觸，覺得是否可以把這兩種結構結合在一起創造一種既有負磁導率又有負介電常數的材料，即負折射率的材料。
當然最開始的時候大家對負折射材料的存在有疑問，主要是smith的實驗也不是特別嚴禁，據說，稍微壓一壓材料表現出來的特性就完全不一樣。
最開始也有很多爭論，下面貼了一段文字，摘錄自陳紅勝教授的博士論文。
所以說關於負折射率的討論早就結束，現在基本公認了它的存在。負折射率的實驗已經特別多了，但是實用性還有待加強，這主要是由於負折射率材料的窄頻帶和高損耗造成的。
超材料的話，這個在理論跟實驗上都很成熟了，而且都開始實用化了。
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
我看大家對超材料很感興趣，就再添加一下內容。
說說超材料到底坑不坑。
超材料說實在的給研究電磁波的人們提供了一個宏觀的視角，我覺得這個是最大的貢獻。
以往人們分析問題都是從麥克斯韋出發，結構簡單時問題的複雜度還可以接受，但是結構一複雜起來，就能難以分析。超材料的話就不管最小單元裡面的結構有多複雜，只管其整體等效出來的電磁參數，這種等效並且具有很高的精確度，這就大大降低了材料設計的複雜度。
另一方面，超材料的出現也極大擴展了人們對電磁材料的選擇範圍，從負值到正值，從無窮小到無窮大，從單負材料到雙負材料，從均勻的材料到漸變的材料，等等。
這都是超材料的貢獻。當然這個概念也不僅限於電磁波，它已經延伸到了聲波，熱傳導，靜電場，靜磁場，地震波，等等。這個種設計微觀結構來控制其宏觀特性的思維被廣泛應用到各種領域。
說到實用性，我覺得還是有很多空間的。比如現在已經商用化的hyperlens就是基於超材料。可能現在商用化的產品還很少，但是這需要一定的時間。
可能很多人懷疑超材料的特性，覺得它窄頻帶高損耗，難有實用的餘地。我覺得這是錯誤的。一部分超材料確實存在這些瓶頸，個別是會帶來超光速現象的材料，比如零值材料，負折射率材料，等等。這些材料雖說有瓶頸，但是不一定是不能解決的，比如加入增益材料來降低損耗和增加帶寬。另外一些超材料是具有良好的特性的，比如一些漸變材料，實際上它的特性跟自然界的材料也差不多，但是它可以漸變（調製它的結構），所以它能保持寬頻帶，低損耗。
有人會說到光啟研究院，這個我也不太好說，因為它這幾年有很多專利但是產品卻幾乎沒有，所以我也不好評價。但是這也不能否定超材料的價值。
其實很多東西都跟超材料一樣，比如光子晶體，石墨烯，你敢說這些材料已經有很多商用用途了嗎？這需要時間。
1996年，pendry提出第一種超材料結構--金屬線結構，1999年，pendry提出第二種超材料結構--開口諧振環，2000年，pendry提出基於負折射材料的完美透鏡，2001年smith組實驗實現負折射率材料。2006年，第一個超材料隱身衣實現。2009年，劉若鵬實現第一個寬頻帶地毯式隱身衣。。。。。。
超材料很年輕（算一算不到20年），也很古老（現在很難在理論上有所創新了）。但是仍然有很多可以研究的東西，比如如何提高帶寬，減低損耗等等，就像光子晶體一樣，雖然古老，但是每年還是有一些創新發表在頂級期刊上（science， nature主刊）。
我覺得超材料在等待下一個的突破點，一個新的契機（比如拓撲絕緣體）。
超材料仍然有很多路要走。
實驗室階段
炒概念。前景肯定不行，終有一天會有足夠強力的聲音告訴大家 這就是個坑。
各位物理系的大牛，都是搞電磁學的。
我們聲學非主流，也玩超材料。用稻草就行了。。。。
這是我去年做的項目用的超材料，就是吸管加固體膠
發了一篇文章：The use of slow waves to design simple sound absorbing materials
個人理解，現在的超材料並不是材料問題，而是諧振結構設計問題，所以大家總覺得超材料扯，是因為這東西就不應該叫這個名字。直接叫周期性諧振結構陣列多好。超材料啥的個人覺得就是吸引眼球的，用來忽悠項目經費的。
從應用角度來說，周期性諧振結構陣列還是有很多優勢的，只不過可替代手段比較多，這貨本身有存在些難度，於是就不太愛用了
這個方向目前還是熱點啊，sicence，nature上每年都還能見到一兩篇。不過好像現在拼的都是工藝和材料，好的想法都是幾十年前提出來的。
如果是用來搞研究，這個方向真的太適合去研究了，充滿了奇思妙想，顛覆了很多觀（至少我自己覺得啊）
如果付諸實踐，可能還需要時間和里程碑。
現在百度搜索關鍵字「超材料騙局」居然都能搜出東西了，幾年前還是一片和諧（花錢刪帖，其中最著名的凱迪社區那篇），發明fss的鼻祖，美軍解鎖的科學家ben mark以及他的徒弟們也寫了本書專門批判坑爹超材料，名字「超材料的謊言與騙局」，各大電商都有賣的。多年後，大家才想起當年實驗室裡面看到的只是一個副瓣，然後人心難測，將錯就錯，一步步演變成世界性大悲劇
如果是電磁場的博士選題的話，建議選metamaterial偏應用的方向，目前這一塊理論基本挖完了。應用上的話還是主要以左右手傳輸線這樣一類概念在應用，可重構超材料這個方向也可以挖掘一下。
呵呵，都是大牛，我來灌灌水。
研一時導師讓我做防波堤，PRL上有一篇文章，就是在水中插柱子，讓波浪繞過去而不影響海岸，但是要實現這個對材料不是一般的苛刻（這麼好（guai）的材料讓我上哪找），最後也沒做出來，無疾而終。導師覺得這是個彈性力學問題，說把水的泊松比看做0.49999不就得了，可我我覺得根本就是近海岸波浪問題，學渣，求輕拍
目前在學習和研究頻率選擇表面，可以說頻選與超材料有一些交集。頻率選擇表面（FSS）是使用二維或三維周期性貼片或者縫隙單元實現對特定頻率的選擇透過或反射，可以是低通、高通、帶通和帶阻，目前來說應用還是很多的，最重要的用途是用作帶通雷達罩，這部分在國外已經做得很好了。我認為如果把超材料和FSS的特性結合在一起，可以製作更多有用的微波器件。
小學時候我就想過一種材料，可以人為改變密度等物理化學參數
可以發好多文章…
然後換個材料再發好多文章…
廣義看負折射材料只是metamaterial的一種。凡是以周期結構作為基礎元素所構造的具有自然界物質所不具有的電磁特性的材料都可以認為是metamaterial。若以磁導率和介電常數作為橫縱坐標軸，自然界中大部分物質都在第一象限,即介電常數與磁導率均大於零（準確說應該是大於1）。負折射率材料因為其 「double negative」的特性（負介電常數負磁導率）受到關注主要還是因為其潛在的隱身能力。理論上以周期結構實現的負折射率材料帶寬及Q值並沒有上限，然而現階段人工合成的負折射率材料帶寬極窄，損耗也很高。這兩點缺點造成了相關」隱身衣「的研究還處於實驗室階段。現階段有些學者開始逐漸將目光轉向另外一些特殊材料，比如具有介電常數與磁導率均大於零卻小於1的材料。或是具有極高正介電常數的材料用以實現理想的理想磁導體。
謝邀。這個問題問的很好，我也有這樣的疑慮。尤其是關於thermal metamaterials，這種材料首先難以加工，其次效果牽強。熱是擴散型傳導的，如何屏蔽？實現等溫區域？有什麼用？玩玩概念灌灌水而已。陋見，請指正。
推薦閱讀：
※一根條形磁體掰斷後為什麼不從斷開處相吸？而是相斥？
※打雷時為什麼燈會閃？
※閃電閃了那麼多次 為什麼路徑是固定的？為什麼強閃光是從下往上的？
※平日常說的「用力」，用力折斷一個物體，推動一個物體的力量是什麼力？
※庫侖定律和萬有引力定律如此的相似是巧合么？為什麼？