由哥倫比亞大學物理學助理教授Cory Dean，弗吉尼亞大學電氣和計算機工程教授Avik Ghosh以及哥倫比亞大學Wang Fong-Jen名譽工程教授James Hone領導的一個團隊，第一次直接觀察到了在電子通過導電材料中兩個區域之間的邊界時發生了負折射。這種效應在2007年首次被預測，但一直以來都難以從實驗上來證實。研究人員現在能夠在石墨烯中觀察到了這種效應，證明在原子級別的厚度的材料中，電子表現得像光線一樣，可以通過透鏡和棱鏡等光學器件進行操縱。這項發表9月30日的《科學》雜志上的研究結果可能會導致基于光學的原理而不是電子的原理的新類型電子開關的發展。

　　“在導電材料中像操縱光線一樣操縱電子的能力，打開了一個關于電子學的全新的思維方式，”Dean說。“例如，構成計算機芯片的開關通過打開或關閉整個器件來工作，而這消耗了相當大的功率。用透鏡來將電子‘束’在電極之間進行轉向可能會大幅的增加效率，從而解決實現更快、更節能的電子器件的一個關鍵的瓶頸問題。”

　　光線通過正常光學介質以及相比之下通過一個能夠產生負折射的介質時的傳播路徑的示意圖。

　　Dean補充說：“這些研究結果也可能使新的實驗探針成為可能。例如，電子透鏡可以使芯片上版本的電子顯微鏡成為可能，其具有原子尺度的成像和診斷能力。其他由光學賦予靈感的器件，如分束器和干涉儀，可以激發對固態物質中電子的量子本質的新研究。”

　　雖然石墨烯已被廣泛探索用于支持高的電子速度，但是想要切斷電子流而不損害它們的移動性是出了名的難。Ghosh說：“那么一個很自然的念頭就是看是否可以用多角度的結來在石墨烯中實現強電流切斷。如果這能夠令我們滿意，我們將會得到一個可以用于模擬(RF)和數字(CMOS)電子器件的低功耗、超高速的開關裝置，從而可能減輕許多我們在目前的電子器件上所面對的關于高能源成本和熱預算的挑戰。”

　　當從一種材料進入另一種材料的時候，光會改變方向——或折射，這個過程允許我們使用透鏡和棱鏡來對光進行聚焦和轉向。一個被稱為折射率的量決定了在邊界處的彎曲程度，對于傳統的材料例如玻璃來說其是一個正值。然而，通過巧妙的設計，也有可能創造出具有負折射率的“超材料”，在這種材料中折射角度也是負的。“這可能會有不尋常和戲劇性的結果，”Hone提示說。“光學超材料帶來了奇異而重要的新技術，如可以突破衍射極限的限制進行聚焦超透鏡，和通過使物體周圍的光線彎曲而使物體不可見的光學斗篷。”

　　穿過非常純粹的導體的電子可以像光線一樣直線傳播，從而使得類光學現象的出現成為可能。在材料中，電子密度起到了折射率類似的作用，而當電子從具有某個密度的一個區域通過進入到另一個密度的區域時，其會發生折射。此外，材料中的電流載體可以表現為帶負電荷(電子)或帶正電荷(空穴)，這取決于它們是存在于導帶還是價帶。事實上，被稱為p-n結(“p”表示正，“n”表示負)的空穴型和電子型導體之間的邊界，構成了電子器件如二極管和晶體管的基本單元。

　　Hone說：“與在光學材料中創造一個負折射率的超材料是一個巨大的工程挑戰不同，負電子折射很自然的發生在固體材料的任何p-n結上。”