“超材料”能通过与自然界中的物质不同的行为扩展应用的可能性，那么什么是“超材料”？
什么是超材料？―构成、机理、特性等
超材料（metamaterial）是一种人造物质，可以通过自然界的物质中不存在的行为对包括光在内的电磁波和声音（声波）等波动现象进行所需的控制。另外，“meta”是希腊语，意思是超越。
下面，我们将对超材料的结构、机理、其主要特征——负折射率以及它与超表面之间的区别进行说明。
超材料的结构与机理
一般来说，超材料由大量排列的微细结构体构成，每个结构体被称为“超原子”等。
例如，在用于控制特定波长电磁波的超材料中，构成该材料的超原子的特征是其波长比需要控制的电磁波波长小得足够多。
通过对构成超材料的超原子的形状、大小和排列间距等进行设计，可以实现与自然界中的物质不同的行为，例如下面介绍的“负折射率”。
什么是超材料的特征―负折射率？
超材料的一个典型特征是“负折射率”。
例如，如图1所示，在自然界中，由于光会在空气和水之间的界面处发生折射，所以光会沿相对于入射方向的正方向弯曲。这种自然现象被称为正折射率。
另一方面，如果让光入射到拥有波长小于该光波长的结构的超材料中，则可以让光具有像「く」字那样沿负方向弯曲的折射率。如上所述，超材料可以表现出与自然界中的物质不同的行为，可以控制电磁波（光、电波）和声波等特定波长波的反射和透射等。
超材料和超表面的区别
超材料的一种类型是被称为超表面的人造物质。两者的区别在于，超材料具有微细的3维结构，而超表面则在表面具有2维结构。超表面等用于控制电磁波（电波）的反射特性，有望用于下一代移动通信系统等。
超材料的种类、应用实例及前景
超材料的种类繁多，除了已经实用化的超材料之外，还有处于研发阶段的超材料，代表性的种类如下所示。
- 电磁超材料
- 热超材料
- 声学超材料
下面，我们将对以上超材料的概要、应用实例和前景等进行解说。
“电磁超材料”的概要、应用实例及前景
通过应用前面提到的负折射率，可以控制特定波长的电磁波（光、电波）。例如，人类通过物体反射的光来看物体，但通过电磁超材料来应用和控制负折射率就能改变人类看到物体的方式，因此，除了无线通信领域之外，还有望用于其他光学领域。
电磁超材料的应用实例及前景
据说光学透镜所能看到的尺寸极限为约200nm，但通过应用电磁超材料，理论上可以制造出可以看到更小物体的特优透镜（理想透镜）和没有凹凸的平面透镜。此外，如果通过控制光的折射率，让背景的景色（光）迂回到前面，还可以制造出光学迷彩（隐形衣）。
另一方面，在电磁波中，人们正在考虑在6G（第6代移动通信系统）中引入太赫兹波（和次太赫兹波），在这种通信电波中，电磁超材料有望用于反射或接收特定波长的电磁波。
“热超材料”的概要、应用实例及前景
它是一种控制热量传播的超材料，主要用于通过发射红外线波长的波来散热，从而调节设备内部等处的温度。
热超材料的应用实例及前景
电子设备及其内部电子元件很容易因高温而损坏，为了在外壳狭窄的情况下也能确保散热性，可以采用热超材料作为红外线辐射片，以兼顾散热性和小型化。
此外，热超材料还可以用于在室外环境中使用的设备，通过反射阳光来降低设备内部的温升。即使在大气层之外的恶劣太空环境中，人们也在进行研究，希望通过控制所使用的运输机、人造卫星和探测器等设备对阳光的反射或吸收来保护电子设备免受剧烈温差的影响。
而且，在通过使用吸收红外线的超材料进行局部发热来人为地产生温差，并将其作为将热能转换为电力的热电转换材料使用方面，人们也在研究对迄今为止从车辆、机械和设备中排放掉的热能进行有效的重新利用。
“声学超材料”的概要、应用及前景
这是一种对声波（包括超声波）和振动的吸收和反射进行控制的超材料，也称为声学超材料。大量用于防音、隔音、振动控制等用途。此外，它还具有在超声波等声波通常被屏蔽的情况下提高透射性等多种多样的用途。
声学超材料的应用实例及前景
声学超材料因作为吸音和反射控制材料被用于多种用途而受到了人们的关注，例如工厂和建筑工地的噪音对策、在办公室的商务谈判空间和会议室等处减少漏音的吸音板、集合住宅中的问题——地板振动对策等。此外，它还有望作为一种轻量且有效的隔音材料应用于汽车领域。
而且，控制超声波透射的声学超材料还有望应用于以前很困难的广泛领域，例如，提高超声波传感器的设置和运用方法以及医学中的超声波检查的灵活性。
下面，我们将对村田制作所开发的声学超材料“超声波透射超材料”进行介绍和解说。
村田制作所的声学超材料“超声波透射超材料”
村田制作所正在开发一种名为“超声波透射超材料”的声学超材料，该超材料采用利用了弹簧摆结构的共振机制来提高物质的超声波透射性。
在弹簧摆结构中，如图2所示，在片材上周期性地排列由重物部分和弹簧部分构成的“极小单元”，通过调整重物部分和弹簧部分的形状和尺寸，单元起到弹簧摆的作用，随着超声波的入射而振动。因此，它与入射的超声波在垂直方向上产生共振，透过声阻抗*1差异较大的障碍物进行传输，提高超声波的传输效率。
*1 声阻抗是表示声音传播难易程度的数值，可以使用以下公式计算：“介质的密度x介质中的音速”。每个物体都有其固有的声阻抗，超声波具有在声阻抗差异较大时反射、在声阻抗差异较小时透射的特性。
通过应用超声波透射超材料能提高物质的超声波透射性的特性，可以进行通常因超声波无法透过头骨而无法用于医学领域脑部检查的超声波回声检查。与X光、MRI、CT扫描等X射线检查不同，超声波回声检查不用担心被辐射。
此外，如果在汽车保险杠中使用超声波透射超材料来提高超声波的透射性，则有望以多种方式使用，例如允许在不损坏汽车外观的情况下内置超声波传感器等。务请一并阅览以下的开发者访谈。
开发者访谈：
扩大医疗、汽车等超声波传感器利用场景的“超声波透射超材料”
※本文中“超声波透射超材料”的内容为截至文章发表之日的信息。本文介绍的产品规格和外观如有更改，恕不另行通知。