左手材料漫谈

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1、左手材料漫谈邓苏南李理左手材料是近年来国际物理学和电磁学的一个工作，样品实验的数据与模拟计算非常吻合，都清研究热点，是一个全新的领域。众所周知，介质的晰而显著地展示出负折射现象；且在不同入射角下电磁特性可以用介电常数ε和磁导率μ这两个宏观参测量到的负折射率是一致的，完全符合Snell定律，数来描述。对于通常介质ε>0,μ>0时，电场、磁场证实了左手材料的存在。和波矢量之间满足右手螺旋关系，称为右手材料；近几年来，国际上有关左手材料的研究论文呈而对于ε<0,μ<0的介质，电场、磁场和波矢量之间则逐年上升的趋势，据不完全统计，在国际主要学术满足左手螺旋关系，这样的介质被称为左手介质，或

2、刊物上，2000年与2001年所发表的关于左手材料左手材料。在左手材料中能量与相位的传播方向是的研究论文数量分别是13篇与17篇，2002年上升相反的，且左手材料还必须是色散的。由于左手材至60篇，2003年上升到100篇以上。左手材料的料突破了传统电磁场理论中的一些重要概念，它表研究也已引起国内科学界的关注。国家自然科学基现出许多新奇的电磁特性。本文简要分析了左手材金委将左手材料和负折射效应的研究列入了2005料的一些电磁特性，并结合左手材料的研究现状，年重点交叉项目指南中，同时，基金委信息学部将对左手材料的发展进行了介绍，并对其发展前景进“异向介质理论与应用基础研究”列入200

3、5年重点行了展望。项目指南，其中“异向介质”即是左手材料的另一一、左手材料的发展历程个名称。此外“新型人工电磁介质的理论与应用研1968年，前苏联科学家VeselagoVG发现介电究”也于2004年被列入国家重点基础研究发展规划常数ε和磁导率μ都为负值的物质的电磁学性质与常(973计划)。规材料不同，还指出当平面电磁波照射在这样的媒二、左手材料的电磁特性介时，会发生反常的折射现象，不过其在自然界中逆Doppler效应由波动理论可知,当波源和观并不存在，因此他的研究只是停留在理论上。1996察者互相接近时,观察到的振动频率增加;当两者互年Pendry提出了金属线周期结构，这种结构可使

4、介相远离时,观察到的振动频率减少,这就是著名的质的介电常数为负。1999年，Pendry等人又用电介Doppler效应。类比声波在空气中的传播，一列火车质体设计了一种具有磁响应的周期性结构实现了介在迎面开来的时候听到的笛声频率逐渐升高，音调质磁导率的负值，进而展现了负折射率材料存在的变高；反之，笛声频率逐渐减小，音调变低。但LHM可能性，人们对这种材料也投入了更多的兴趣。2001内波的相速度和群速度方向相反，即能量传播的方年，加州大学SanDiego分校的Smith等物理学家向和相位传播的方向相反，所以如果二者相向而行，根据Pendry等人的建议，首次制造出在微波波段观察者接收到的

5、频率会降低，反之则会升高，从而具有负介电常数和负磁导率的物质，证明了负折射出现逆Doppler效应。当反射界面相对于波源后退材料的存在。2002年，美国加州大学Itoh教授和加时，反射波频率在普通材料内降低，而在LHM中拿大多伦多大学Eleftheriades教授领导的研究组几却会升高。乎同时提出一种基于周期性LC网络的实现左手材反常切伦柯夫辐射当带电粒子在介质中匀料的新方法。目前基于LC网络的左手材料的研究速运动时会在其周围引起诱导电流，诱导电流激发在理论和实验上都有很大进展。研究还表明LC左次波，当粒子速度超过介质中光速时，这些次波与手材料在微波电路、天线等方面的应用中具有很大

6、原来粒子的电磁场互相干涉，从而辐射出电磁场，的优势。在2002年底，麻省理工学院孔金瓯教授称为切伦柯夫辐射。正常材料中，干涉后形成的波也从理论上证明了“左手”材料存在的合理性，他面，即等相面是一个锥面。电磁波能量沿此锥面的称之为“导向介质”。2003年美国ParazzoliCG等法线方向辐射出去，是向前辐射的，形成一个向后人及Houcl等人同时分别进行了一系列成功的实验的锥角，即能量辐射的方向与粒子运动方向夹角θ。·50·现代物理知识c法国FresnelInstitute的研究人员采用铜片制作θ由式子cosθ=确定，其中v是粒子运动的速度。nv了metamaterial介质系统,能

7、够将发散的电磁波聚集而在负群速度介质中,能量的传播方向与相速相反，在一个狭窄的矩形内，极大地改善了天线的定向辐因而辐射将背向粒子的运动方向发出,辐射方向形射特性。Burokur等人研究了左手材料对微带贴片成一个向前的锥角。如图1示意的两种情况下的切天线性能的影响，发现左手材料覆层的引入可使天伦柯夫辐射情形。线的聚焦性和方向性更好，增益提高了2.8dB，改善了天线的性能，若选用损耗小的左手材料且保证良好的波阻抗匹配天线的增益可达到12dB。而将左手材料与右手材料复合作为