文档介绍：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 2005 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 Veselago VG 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 San Diego 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,