當光線通過不同介質的界面，例如從空氣進入水或玻璃時，傳播方向會發生改變，出現折射現象。負折射指光束在界面處的折射方向與正常折射方向相反。這一現象備受科學家關注，因為其有可能徹底顛覆光學領域，帶來突破性應用。例如，科學家可以基于這一現象，創造出能夠超越衍射極限進行聚焦和成像的超透鏡，或開發出使物體隱形的裝置。

盡管科學家已經通過人工制造的“超材料”實現了負折射，但這些“超材料”制備困難，容易出現缺陷，還會導致非輻射損耗，從而嚴重限制了負折射現象的實際應用。

在最新研究中，科學家對傳播光的原子陣列逐個原子地進行了詳細模擬。結果表明，原子的協同響應可以實現負折射。他們解釋說，在這種情況下，原子通過光場相互作用，集體而非獨立地做出反應。這種集體相互作用會產生新的光學特性，例如負折射。

隨后，研究團隊通過在周期性光學晶格中捕獲原子，實現了這些效應。光學晶格就像由光組成的“雞蛋盒”，原子被駐波穩定地固定在適當位置。

團隊表示，這些精確排列的原子晶體使他們能以極高精度控制原子與光之間的相互作用，為基于負折射的新技術鋪平了道路。

光學晶格內原子的集體行為具有顯著優勢。與人工制造的“超材料”不同，原子系統提供了一種沒有制造缺陷的、原始且純凈的介質。在這種系統中，光以精確受控的方式與原子相互作用，而不會出現熱損失。這些獨特的性質使原子介質能夠替代“超材料”，在負折射實際應用領域大顯身手。