Hãy tưởng tượng ta vận hành một chiếc máy tính chỉ bằng cách “hoa tay múa chân” trong không khí như anh chàng Tony Stark làm trong phim “Người sắt”. Hoặc sử dụng smartphone để phóng đại một vật thể tương tự như cách mà nhân vật của Harrison Ford thực hiện trong xuất phẩm điện ảnh “Blade Runner”. Hay cứ nghĩ cảnh một cuộc họp video thế hệ mới chỉ cần dùng kính thực tế tăng cường giúp các thành viên buổi họp xem được hình đại diện 3-D. Thậm chí gần gũi nhất là chứng kiến một thế hệ xe tự hành có khả năng lái an toàn trong giao thông thành phố.

Những tiến bộ này và hàng loạt viễn cảnh khác sẽ dư sức xảy ra nhờ một thứ gọi là "siêu vật liệu". Thuật ngữ này dùng để chỉ chung các vật liệu có đặc tính riêng, sở hữu cấu trúc mịn hơn bước sóng của ánh sáng thường, sóng vô tuyến và các loại bức xạ điện từ khác. Chúng sẽ cung cấp cho các chuyên gia kỹ thuật khả năng kiểm soát tối ưu khi thiết kế các loại cảm biến siêu thanh, trải rộng phạm vi từ kính viễn vọng đến nhiệt kế hồng ngoại.

Loại siêu vật liệu này được xem là lĩnh vực của những giấc mơ và được âm thầm sử dụng thử nghiệm suốt 12 năm tại Thung lũng Silicon. Các sản phẩm tiêu dùng đầu tiên tận dụng siêu vật liệu rẻ tiền để cải thiện hiệu suất sẽ là điện thoại thông minh. Bên cạnh đó, khả năng điều khiển sóng ánh sáng theo những cách mới cũng sẽ sớm cho phép kính thực tế tăng cường phủ lên hình ảnh của máy vi tính trong thế giới thực.

Thật ra, bản thân các công nghệ này không phải là mới. Đầu thế kỷ 19, nhà vật lý người Pháp Augustin-Jean Fresnel từng đề xuất ý tưởng làm phẳng và làm sáng thấu kính quang học bằng cách sử dụng một loạt các rãnh đồng tâm để hội tụ ánh sáng. Một cải tiến quan trọng nữa đằng sau siêu vật liệu là chúng được cấu tạo từ các thành phần phụ có bước sóng nhỏ hơn bước sóng của các loại bức xạ khác.

Một trong những người đầu tiên nhận ra tiềm năng thương mại của siêu vật liệu là nhà vật lý Nathan Myhrvold, nhân vật đứng đầu bộ phận Nghiên cứu của Microsoft trước đây. Từ đó đến nay, ông đã thành lập nửa tá công ty dựa trên công nghệ này.

Một số doanh nghiệp như thế đang theo đuổi kinh doanh trong thị trường quang học tiêu dùng, trong đó có Lumotive. Hãng sử dụng siêu vật liệu dạng tinh thể lỏng thay đổi được hệ số phản xạ, giúp chiếu được các chùm tia laze theo các hướng khác nhau để tạo chính xác bản đồ các vật thể xung quanh trong khoảng cách hàng trăm thước. Kết quả là hệ thống này ít tốn kém hơn nhiều, có thể phục vụ một loạt ứng dụng mới như máy bay giao hàng không người lái, ô tô tự hành hay những robot gia đình di động, chẳng hạn như máy hút bụi thông minh.

Một công ty khác cũng đang cố gắng khai thác tiềm năng của siêu vật liệu là Metalenz do Robert Devlin và Federico Capasso, thành lập vào năm 2017. Hãng này hiện đang nghiên cứu phương pháp mới sử dụng công nghệ chế tạo chip máy tính mạnh mẽ và rẻ tiền để sản xuất thấu kính quang học. Cuộc cách mạng này rất quan trọng khi giới thiệu được một thế hệ chip tận dụng ánh sáng, tương tự như cách mà chip tận dụng điện năng vào những năm 1960 dựa vào nền phát triển khắc mạch trên silicon, đã dẫn đến một ngành công nghiệp tiêu dùng rộng mới từ đồng hồ điện tử, trò chơi điện tử đến máy tính cá nhân...

Điện thoại thông minh cũng sẽ hưởng lợi từ siêu vật liệu trong việc dùng nó thay thế thấu kính nhựa. Apple được cho là đang phát triển thiết kế này để có được kính mỏng và nhẹ cho smartphone thế hệ tương lai. Còn Hãng Metalenz đã chứng minh, thấu kính siêu mỏng làm từ silicon hai chiều có cấu trúc siêu trong suốt, tức ống kính được chế tạo giống như các mạch tích hợp, sẽ có những lợi thế rất quan trọng. Như thế, siêu vật liệu vừa có khả năng làm giảm độ phức tạp của hệ thống, vừa cải thiện được hiệu suất tổng thể.

Cuối cùng, tương tự như vậy, siêu vật liệu cũng biến đổi cách các nhà thiết kế khai thác chùm ánh sáng phục vụ ngành thiên văn. Điển hình, các nhà khoa học đang dùng siêu vật liệu để hoàn thiện một kính viễn vọng tiên tiến dự kiến lắp đặt tại Đài quan sát Simons ở Chile vào năm tới. Những tấm phủ bên trong kính này làm bằng vật liệu mới sẽ vừa nhẹ, rẻ, vừa dễ lắp đặt lại khó rơi, nên thu được hầu như trọn bộ các nguồn sáng lang thang trong vũ trụ.