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1、第19卷第5期化 学 进 展Vol.19No.52007年5月PROGRESSINCHEMISTRYMay,20073左手材料与负折射33胡晶磊 汪 蓉 周东山 薛 奇(南京大学化学化工学院高分子科学与工程系 南京210093)摘 要 左手材料和负折射是近几年来物理学家关注的热点问题之一。本文从理论构想和实验两个方面对左手材料做了详细的综述,围绕负折射频率从微波到近红外的研究进展这一主线,具体介绍了实现左手介质的方法。文中着重综述了两个方面的内容:一是左手介质最有应用前景的超透镜效应;二是与左手介质相关而又有所区别的光子晶体。本文还简要介绍了国内负折射材料的研究现
2、状,提出了利用高分子功能材料实现负折射的两种可能的途径。关键词 左手材料 负折射 超透镜 光子晶体 亚波长分辨率 功能高分子中图分类号:O436;O63文献标识码:A文章编号:10052281X(2007)0520813207Left2HandedMaterialsandNegativeRefraction33HuJingleiWangRongZhouDongshanXueGi(DepartmentofPolymerScienceandEngineering,SchoolofChemistryandChemicalEngineering,NanjingUniver
3、sity,Nanjing210093,China)AbstractThispaperfocusedonleft2handedmaterials(LHM)bothfromtheoreticalpointandexperimentalaspects.Themethodstorealizeleft2handedmediumarereviewed,includingcombinationofsplitringresonators(SRRs)withthinmetalwires,andthosebeyondSRRs.Weconcentratedonsuperlenseffe
4、ct,themostpromisingeffectofLHM,andphotoniccrystals,whichbearsomeanalogytoLHMbutdistinguishedfromLHM.Abriefintroductiontodomesticresearchofnegativerefractingmaterialsisgiven,andtwopossibleroutestonegativerefractingviafunctionalpolymericmaterialsaresuggested.Keywordsleft2handedmaterials
5、;negativerefraction;superlens;photoniccrystals;subwavelengthresolution;functionalpolymer则,故称“左手材料”,或“双负材料”。介电常数和磁1 引言导率同时为负,并不违反电磁场Maxwell方程和物质介电常数ε及磁导率μ是用于描述物质电磁性本构方程。在左手材料中,电磁波的群速度和相速质的基本物理量,决定着电磁波在物质中的传播特度方向相反,导致左手材料中存在负折射效应、反常性。迄今自然界及人工制得的材料的介电常数及磁Cherenkov效应和反常Doppler效应等一系列与人们[2]
6、导率均为正值,材料中电磁波的电场矢量ˆE、磁场矢熟悉的现象相反的奇特效应。量H•及波矢ƒk之间符合右手系定则。1968年,前苏2 左手材料联科学家Veselago从理论上虚构了一种介电常数和[1]磁导率均为负数的材料。在这类物质中,电磁波21130年的突破的电场矢量ˆE、磁场矢量H•和波矢ƒk服从左手定虽然左手材料的构想很有趣,但是自然界中并收稿:2006年8月,收修改稿:2007年1月3国家自然科学基金项目(No.50533020)和南京大学研究生创新基金项目资助33通讯联系人 e2mail:xuegi@nju.edu.cn·814·化 学 进 展第19卷[3,
7、4]不存在这种材料。英国帝国理工学院的Pendry子的体积分数,i为虚数单位,Γ为损耗频率(远小从电磁场Maxwell方程和物质本构方程出发,通过理于ωm)。在大于共振频率ωm的范围内体系出现负论计算指出:(1)间距在毫米级的金属细线构成的的磁导率。格子结构具有类似等离子体的物理行为,共振频率介电常数满足以下的数学形式:2在GHz,低于此频率时介电常数出现负值;(2)利用ωpε(ω)=1-(2)非磁性导电金属薄片构成开环共振器(splitringω(ω+iγω)resonators,SRRs)并组成方阵,可以实现负的有效磁其中,ωp为电子的等离子体共振频率,而γ为
8、损耗导率,
