左手性材料研究进展
左手材料-负折射率材料
借鉴自然界中的原子和分子结构，设计新型的人工原子和分子结构， 以实现更高级的左手材料功能。
多物理场调控材料
探索在电磁场、温度场、压力场等多物理场作用下，左手材料的性 能变化和调控机制，为新材料的研发提供理论支持。
技术创新与应用拓展
高效制备技术
研发新型的制备技术，实现左手材料的快速 、低成本、大规模制备，以满足市场需求。
引领科技革命
左手材料在通信、能源等领域的应用前景广阔，有望引领新一轮 的科技革命。
促进交叉学科发展
左手材料涉及物理学、化学、生物学等多个学科领域，其研究将 促进交叉学科的发展和融合。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
05 左手材料面临的挑战与解 决方案
材料稳定性问题
总结词
左手材料的稳定性问题是限制其应用的关键因素之一。
详细描述
左手材料在外部环境变化下容易发生结构变化和性能衰退，这会影响其负折射率的稳定性和可靠性。
制备成本问题
总结词
高昂的制备成本是阻碍左手材料广泛应 用的重要因素。
VS
详细描述
目前，左手材料的制备通常需要复杂的实 验设备和精细的工艺控制，这导致了较高 的制造成本。降低制备成本是推动左手材 料普及的关键。
应用领域
微波器件
利用左手材料的特殊性质，可 以设计出性能优异的新型微波
器件，如滤波器、天线等。
光学领域
左手材料在光学领域的应用前 景广阔，如光子晶体、光学隐 身等。
军事领域
由于左手材料具有反向的 Doppler效应等特性，可以应 用于军事雷达和隐身技术。
生物医学
左手材料在生物医学领域也有 潜在的应用价值，如医学成像
左手材料设计与制备的研究进展
Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ
ｌｆ— ａ ｄ ｄ ｍｅ ａ ｔ ｒ ｌ ｅ ａ ｉｅ ｐ ｒ ｉ ｉ ｉ ｅ ｔ ｈ ｎ ｅ ｔ ｍａ ｅ ｉ ，ｎ ｇ ｔ ｅ ａ ｖ ｍ ｔ ｖｔ ｔ ｙ，ｎ ｇ ｔｖ ｅ ｅ ｂ ｌ ｙ ｅ ａ ｉｅ ｒ ｆａ ｔｖ ｎ ｅ ｅ ａ ｉｅ ｐ ｒ ａ ｉ ｔ ，ｎ ｇ ｔ ｅ ｒ ｃ ｉ ｅ ｉ ｄ ｘ ｍ ｉ ｖ
０ 引言
介 电常数 ｅ和磁导率 是描 述连续媒质基本概念和性质 ， 介绍 了能够 同时实现 负介 电常数和 负磁 导率 的 Ｑ形 、 ｓ形和 树枝等 单一结构 ， 综述 了
利用机械 加工法和化学制备 法制备 的 高频段 负磁导 率材料 ， 以及基 于耦 合作 用的电磁波 垂直入射 条件 下左手材料 的 设 计与制备方法 ， 阐述 了超 材料 负磁导 率或 左手 行为的验证方 法， 最后 展望 了左手材料 的应 用前景。
维普资讯
左手材 料设 计 与制备 的研 究进 展 ／ 全红 等 付
・９ ・ ５
左 手 材 料 设计 与制 备 的研 究 进 展
付 全 红 ， 晓鹏 赵
（ 西北工 业大学电流变技术研究所 ， 西安 ７０ ７ ） １ ０ ２ 摘要 左手材料是一种介 电常数 ￡ 和磁 导率 同时为 负值 的超材料 ， 有许 多非常奇异 的 电磁 学性质 。阐述 具
ｕ ｄ ｒ ｎ ｒ ａ ｎ ｉｅ ｃ ｆｅ ｅ ｔｏ ｇ ｅ ｉ ｒ ｄａ ｉｎ ｗｈ ｃ ｒ ａ ｅ ｎ ｅｅ ｔｏ ｇ ｅ ｉ ｏ ｐ ｉ ｇ ｘ ｏ ｎ ｓ ｔ ｅ ｍｅ ｈ ｎ ｅ ｏ ｍ ｌｉ ｃｄ ｎ ｅ ｏ ｌ ｃ ｒ ｍａ ｎ ｔ ａ ｉ ｔ ｉｈ ａ ｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ｌｃ ｒ ｍａ ｎ ｔｃ ｃ ｕ ｌ ，ｅ ｐ ｕ ｄ ｈ ｔ — ｃ ｏ ｎ ｏ ｓ ｆ ｒｖ ｒｆ ｉ ｇ ｔ ｅ ｎ ｇ ｔ ｅ ｐ ｒ ａ ｉ ｔ ｒ ｌｆ ｈ ｎ ｅ ｅ ａ ｉ ｒ ｆｍｅ ａ ｔ ｒ ｌ ，ａ ｄ ｆ ａ ｌ ｈ ｗｓ ｔ ｅ ｐ ｔ ｎ ｉ ｌ ｄ ｏ ｅ ｉ ｎ ｈ ｅ ａ ｉ ｅ ｍｅ ｂ ｌ ｙ ｏ ｅ ｔ ａ ｄ ｄ ｂ ｈ ｖｏ ｓ ｏ ｔｍａ ｅ ｉ ｓ ｎ ｉ ｌ ｓ ｏ ｈ ｏ ｅ ｔ ｙ ｖ ｉ — ａ ｎ ｙ ａ
左手材料的研究概述
由此 可 知 ，在 左 手 介 质 中 ，波 的相 位 传 播
但是在接 下来的３ Ｏ 多 年 里 ，并 没 有 在 实 验 中观 矢 量Ｋ 、 电场 强度Ｅ ＊ ｎ 磁 场强度Ｈ 与 常规介 质相 察 到 理 论所 预 言 到 的现 象 ，所 以 左 手 材 料 并 没 同，也是相互 垂直的 ，可 是不同的是 ，常规介 有 得 到 深 入 地 研 究 。直 到 １ ９ ９ ６ 年 英国的皇家科 质 的Ｅ 、Ｈ ￣ Ｉ ］ Ｋ 之 间 满 足 的 是 右 手 螺 旋 关 系 ， 而 左手介 质 中的Ｅ 、Ｈ 和Ｋ Ｚ 间满 足 的 是 左 手 螺 旋 列 ， 电磁波 射 入 金属 丝 阵列 得到 负 的介 电常 关系。这 也是 为什么人们把 介 电常数和 磁导率 数 。 三 年 之 后 ， 他 又 利 用 开 口 的 金 属 谐 振 环 同时为 负数的介质称 为左手介 质的缘 故。 （ Ｓ Ｒ Ｒ ，Ｓ ｐ ｌ ｉ ｔ ｒ ｉ ｎ ｇ ｒ ｅ ｓ ｏ ｎ ａ ｔ ｏ ｒ ） ，在 特 定 入射 波 同时 ，多普勒 效应、切伦科夫辐射 、辐射 的 条 件 下又 获 得 了 负 的磁 导 率 。２ ０ ０ ０ 年 ，美 国 压 力、原子 自发辐射效率 、对倏逝波 的作用、 的科学家Ｄ ． Ｒ ． Ｓ ｍ ｉ ｔ ｈ 研 究小组在Ｐ ｅ ｎ ｄ ｒ ｙ 等人研 究 光 子 隧道 效应 等 会 发 生 异常 。 的 基础 上 ， 将 Ｓ Ｒ Ｒ Ｓ Ｎ Ｒ ｏ ｄ ｓ 合 理 地 组 合 起 来 ，首 次 ３ ． 左 手 材 料 的结 构 设 计 得到 了同 时具 有 负的 介 电常数 和 磁 导率 的物 因为至今在 自然 界并没有发现左手 介质， 质 ， 从 此 以 后 ， 越 来 越 多 的 人 投 身 到 左 手 材 料 目前人们在实验 或者工程 中用到的左手介 质样 的研 究 热潮 中 ，左 手材 料 被 “ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ”杂 志 评 品都是人为设计 的，是一种 复合材料 。大 部分 为２ ０ ０ ３ 年度十大科技 突破之一 。尤其 是在最近 都 是在 微波 印刷 电路板上刻蚀 各种各样不 同的 几年来 ，左 手材料 的研 究在理论和应 用上都取 周 期性 的图案 来实现等效左 手特性 的。各个方 得 了 显 著 的 成 绩 。 并 且 逐 渐 改 变 着 我 们 的 生 面 还 远 远 没 有 能 够 达 到 人 们 对 左 手 材 料 的 期 望 活。 并且确实可 以改变人们生产 生活的程度 。在 由 ２ 左 手 材 料 的 基 本 原 理 结 构 决 定 材 料 性 质 方 面 ，左 手 材 料 既有 与 传 统 而 电磁 波要 在 介质 中存在 ，必须 满足 与 材料相 似 的一 面也有截然不 同的一面 。相 似之 介 质的 电磁 常数和 电磁波 参量相关联 的波动方 处 主 要 表 现 在 与 晶 体 的对 比 上 ， 晶 体 是 由 规 则 程 ，Ｈ ｅ ｉ ｍ ｈ ｏ ｌ ｔ ｚ 方程： 分 布 在 空 间 中 的 原 子 或 分 子 组成 的 ，并 且 晶 体
红外波段左手材料研制获新进展
2 0 0 9 国际城市遥感大会将于 明年 5 月在上 海召开
“ 2 0 0 9 国际 城市遥 感大会 ” 将于 2 0 0 9 年 5 月 2 0 日 一 2 2 日在上 海市科技会 堂 召开 。 国际城市遥 感大会 是城市 遥 感领域 的高端 国际性 学术研 讨会 ， 由城市地 区遥 感 与数据 融合 国际研 讨会 (U R B A N ) 与国 际 城 市遥 感 会 议 (U R S ) 合并 而 成 的， 会 议 所接收 的论 文 (全 文 ) 将被 E n g i n e e r i n g ( I n d e x E I ) 和 I n d e x t o S c i e n t i fi c ＆ T e c h n i c a l P r o c e e d —
期性 结构 材料 ， 由于 在其 中传播 的 电磁 波 的相速 度和 群速
度 方 向相 反 ， 因 而 表 现 出一 系 列 反 常 的 电磁 特性 ， 如 反 常
D o p p l e r 效应 、 负折射效应 和 完美透 镜效应 等 。 左 手材料
的发现 以及 基 于左 手材料理 论制备 的 “ 隐身斗篷 ” ， 分别在
目前 ， 2 0 0 9 年 的 报 刊 征 订 工 作 已 经 开 始 ， 请 需 要 订 阅本 刊 的 读 者 和 单位 尽 快 到 当 地
邮局 订 阅，
本 - T4 2 0 0 9 年 的 定 价 不 变 ，
依然为 8
元 。
定 价 ： 8 0． 0 元 邮 发 代 号 ： 4 - 2 9 0 国 际 标 准 刊 号 ： I S S N 1 6 7 2 - 8 7 8 5 国 内统 - t ：U号 ： C N 3 1 - 1 3 0 4 ／T N
负折射
用，在未来战场上给技术落后一方带来灾难性后果。
第二，负折射率材料在超灵敏探测仪器中的应用
显微镜、放大镜等光学器件的制造一直被一条光学规律所限制：无论光学仪器的镜片多么精良，任何小于光的一个波长长度的物质都是无法观察到的。利用负折射率材料制成的透镜却能克服这个问题，制作成“理想”透镜[2引，它不仅和常规的介质一样能会聚行波，而且还能聚焦随距离增加快速衰减的衰减波。一般会聚透镜的工作原理是将透镜一侧的光源通过具有一定曲度的材料将光源的图像重新会聚于透镜的另一侧，根据Snell定律，一般透镜的解析度都受限于物体表面辐射源所散射出的消散波的损失，其值随着垂直表面的距离作指数衰减，在成
它有很多新奇的性质，但由于只是停留在理论上，而在自然界中并未发现实际的负折射率材料，所以，这个假设并没有立刻被人们接受，而是处于几乎无人理睬的境地，直到时光将近本世纪时才开始出现转机。原因在于英国科学家Pendry等人在1998～1999年提出了用周期性排列的金属条和金属谐振环(Split2Ring Resonator)可以在微波波段产生负的等效介电常数和负等效磁导率阶，从此以后，人们开始对这种材料投入了越来越多的兴趣。2001年的突破，使负折射率材料的研究在世界上渐渐呈现旋风之势。2001年，美国加州大学San Diego分校的David Smith等物理学家根据Pendry等人的建议，利用以锕为丰的复合材料首次制造出在微波波段具有负介电常数、负磁导率的物质，他们使一束微波射入铜环和铜线构成的人工介质，微波以负角度偏转，从而证明了负折射牢材料的存在。2002年7月，瑞士ETHZ实验室的科学家们宣布制造出三维的负折射率材料。这将可能对电子通讯业产牛熏大影响，相关研究成果也发表在当月的美国《应用物理快报》上。2002年底，麻省理工学院孔金瓯教授从理论上证明了负折射率材料存在的合理性，并称这种人工介质可用来制造高指向性的天线、聚焦微波波束、实现“完美透镜”、用于电磁波隐身等等。负折射率材料的前景开始引发学术界、产业界尤其是军方的无限遐想。
左手材料
左手材料的性质及应用在自然界中，介质的介电常数ε和磁导率μ是描述物质基本电磁性质的两个重要参数，这两个参数决定着电磁波的传播特性。
当介质的介电常数和磁导率都为正值时，根据电磁波理论可知介质中的电场、磁场和电磁波传播常数(E、H、k)三者之间构成右手螺旋关系，所以这类物质被称为右手材料(right一handed materials，RHMs)。
而左手材料是指介电常数和磁导率同时为负数的材料，在这种介质中，电场、磁场和电磁波传播常数三者之间构成左手螺旋关系。
这是一种新颖奇异的材料,其通常也称负折射率材料。
一、左手材料的发展历史1968年，前苏联科学家Veselago VG发现介电常数ε和磁导率μ都为负值的物质的电磁学性质与常规材料不同，还指出当平面电磁波照射在这样的媒介时，会发生反常的折射现象，不过其在自然界中并不存在，因此他的研究只是停留在理论上。
1996年Pendry提出了金属线周期结构，这种结构可使介质的介电常数为负。
1999年，Pendry等人又用电介质体设计了一种具有磁响应的周期性结构实现了介质磁导率的负值，进而展现了负折射率材料存在的可能性，人们对这种材料也投入了更多的兴趣。
2001年，加州大学San Diego分校的Smith等物理学家根据Pendry等人的建议，首次制造出在微波波段具有负介电常数和负磁导率的物质，证明了负折射材料的存在。
2002年，美国加州大学Itoh教授和加拿大多伦多大学Eleftheriades教授领导的研究组几乎同时提出一种基于周期性LC网络的实现左手材料的新方法。
目前基于LC网络的左手材料的研究在理论和实验上都有很大进展。
研究还表明LC左手材料在微波电路、天线等方面的应用中具有很大的优势。
在2002年底，麻省理工学院孔金瓯教授也从理论上证明了“左手”材料存在的合理性，他称之为“导向介质”。
2003年美国Parazzoli C G等人及Houcl等人同时分别进行了一系列成功的实验工作，样品实验的数据与模拟计算非常吻合，都晰而显著地展示出负折射现象；且在不同入射角下测量到的负折射率是一致的，完全符合Snell定律，证实了左手材料的存在二、左手材料的性质材料与电磁波的相互作用主要体现在材料的介电常数ε和磁导率μ这两个物理参数上。
负折射率材料
负折射率材料一、负折射率材料历史及研究现状负折射率材料(NIMs，Negative index materi—als)是指一种介电常数e 和磁导率同时为负值的材料，具有负群速度、负折射效应、逆多普勒效应、逆切仑科夫辐射、理想成像等异常的物理性质。
这种被称为负折射率材料(“左手材料”)的人工复合材料在固体物理、材料科学、光学和应用电磁学领域内开始获得愈来愈广泛的青睐，对其的研究正呈现迅速发展之势。
负折射率材料的这些异常特性，使其在固体物理、材料科学、光学和应用电磁学领域获得愈来愈广泛的青睐，世界各国对其的研究正呈现迅速发展之势。
到目前为止，负折射率材料已经在微波、太赫兹波、红外以及可见光波段被证实，并已经开始进行应用领域的研究与探索。
这种负折射率系数介质的人工复合材料在理论与实验上引起了广泛关注。
早在1967年Veselago首先研究了这种负折射率系数材料(1eft—handed media)，他用方程证明这种材料具有负的光学折射率。
由于传统材料的折射率为正数，我们通常称这种材料为正折射率材料。
负折射率材料具有一些奇特的光学与电磁学性质，比如Doppler效应与Cherenkov辐射的逆转、交界面上的反常折射、原子自发辐射率的特殊改变等现象在负折射率材料中都会出现。
电磁波在这种材料中的传播特性与在一般材料中相比有很大的不同。
负折射率材料的出现，颠覆了～般材料中所普遍遵循的“右手规律”。
而它的出现却是源于上世纪60年代前苏联科学家的假想。
物理学中，介电常数e和磁导率p是描述均匀媒质中电磁场性质的最基本的两个物理量。
在已知的物质世界中，对于电介质而言，介电常数e和磁导率u都为正值，电场、磁场和波矢三者构成右手关系，这样的物质被称为右手材料(right-handexlmalefials，RHM)。
这种右手规则一直以来被认为是物质世界的常规，但这一常规却在上世纪60年代开始遭遇颠覆性的挑战。
1968年，前苏联物理学家Veselago在前苏联一个学术刊物上发表了一篇论文，首次报道了他在理论研究中对物质电磁学性质的新发现，即：当e和肛都为负值时，电场、磁场和波矢之间构成左手关系。
超材料
超材料的发展及国内外研究现状目前，国际上学者将由人工设计的、具有特异电磁性质的结构安排制备形成的材料统称为超材料(metamaterial)。
近年来人们对这种超材料特别感兴趣，原因在于这种超材料结构的周期长度远小于电磁波波长，有利于器件的小型化和集成化，这是普通的光子晶体无法比拟的。
超材料有单负材料(single-negative materials：SNG)和双负材料(double．negative materials：DNG)两种。
把介电常数和磁导率均为负的材料称之为DNG，即左手材料(1eft．handed materials：LHMs)；把介电常数和磁导率仅有一者为负的材料称之为SNG。
相应地将同时具有正介电常数和正磁导率的材料称为双正材料(double positive materials：DPS)即右手材料(right handed materials：RHMs)。
左手材料的基本理论及国内外研究现状介电常数ε和磁导率μ是用于描述物质电磁性质的最基本的两个物理量，它们决定了电磁波在物质中的传播特性。
对一般电介质而言，介电常数ε和磁导率μ都是非负的常数。
由Maxwell方程组可知，在ε和μ都为正值的物质中，入射电磁波的电场、磁场和波矢(相位传播方向)三者构成右手关系，这样的物质被称为RHMs。
迄今为止在自然界见到的都是RHMs。
然而，前苏联物理学家Veselago[1]在1968年提出，当ε和μ同时为负值时，Maxwell方程依然成立，电磁波仍然可以在这种“双负材料”中传播。
由于在这种材料中电场强度、磁场强度与波矢之间构成左手关系，故Veselago称这种材料为左手材料(LHMs)同时也称双负材料(DNG)。
LHMs有时也被称为负折射率材料(negative inedex ofrefraction materials：NIR materials)。
由于这种材料的介电常数和磁导率都是负数，折射率也是负的，电磁学理论与后来的实验结果都证实它有很多奇异的特性，比如负折射效应、完美透镜效应[2]、逆切伦柯夫辐射效应、反多普勒效应[3]等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
学家根据 <=/JGO 等人的建议， 利用以铜为主的复合 材料首次制造出在微波波段具有负介电常数、 负磁
（ 批准号： S$#$($$# ） 、 国家高技术研究发展 ! ! 国家自然科学基金 计划 （ 批准号： #$$#++"T"$"$ ） 和安徽省自然科学重点科研项目 （ 批准号： #$$%UV"(%WJ） 资助项目 #$$" X $Y X TT 收到初稿， #$$" X TT X #T 修回 ’! 通讯联系人) P1K4>C： K>/0-4>Z 3EDH) =J3) H/
・ #"!・
候关于 左 手 性 介 质 的 负 折 射 问 题 还 存 在 一 些 争
［ "0 —"2 ］ 论 # 随着进一步的实验工作的进展， 研究者现
在普遍接受光线的负折射在理论上是没有问题的# 由于左手性介质对光线存在负折射， 因而用左 手性介质制作的透镜与普通玻璃透镜相比有完全相 反的效果， 如图 $ ： 用左手性介质制作的凸透镜对光 线有发散作用 （ 相当于通常的凹透镜） ， 用左手性材 料制作的凹透镜对光线有汇聚作用 （ 相当于通常的 凸透镜） # 而用左手性介质制作的平板则具有成像 功能# 除了光线的负折射之外， 左手性介质还有其他
［ "$ ， ") ］ 详细的理论分析 同样证明， 当 !， " 同时小于零 时， 折射 率 ( 应 该 取 负 值# 而 且 人 们 已 经 通 过 实 ［ "" ， "( ］ 验 观测到了光线的负折射现象， 尽管开始的时
$% 左手性介质的电磁学性质
从理论上说， 麦克斯韦方程允许 ! 和 " 取负值， 因此左手性介质并不违背已知的电磁学定律# 对于 平面单色波， 麦克斯韦方程可以化成如下简单形式： ! "# & # "$， ! （"）
・ 987・
前沿进展
［ ! —"" ］ 导率的物质 ， 证明了左手性介质的存在#
论与实验相吻合# 因此， 传统的斯涅耳定律是在假设 二物质都为右手性介质时得到的， 对于左手性介质 是否适用呢？我们现在考虑这样的情况： 如果介质 ， 而把介质二改 一仍然为右手性介质 （ ! ) +， " * +） 为左手性介质 （ ! " +， ， 那么光线的折射情况 " , +） 会怎样呢？由麦克斯韦方程可以得到电磁场在介质 界面上的连续性条件 （0 ） ， （1） 式， 即电场强度、 磁场 强度在界面切线方向连续， 而对于各向同性媒质， 电 位移矢量 & & !#， 磁感应强度 ’ & "$， 二者在界面 法线方向连续： % *" $ % *$ + + ’ *" $ ’ *$ ， （0） （1） !" % (" $ !$ % ($ + + "" ’ (" $ "" ’ ($ , 如图 " 所示， 如果我们把介质二的 ! 和 " 同时改为 负号， 那么由 （0 ） ， （1） 式可知， 电场、 磁场的 -， .分 量将保持不变， 而 / 分量将改变符号# 因此， 相对于 当把 ! 和 " 同时改为 ! ) +， " * + 情况下的电磁场， 负号时， 电场、 磁场将按下面的关系变换： （ %- ， %. ， %/ ） （ %- ， % . ，0 % / ） ， + （ ’- ， ’. ， ’/ ） （ ’- ， ’ . ，0 ’ / ） ， + 由上面的关系可求得能流密度 % 的方向 （由 % 1 ’ 给出） ， 即图 " 中的 ) ， 而波矢 ! 的方向与 % 相反， 即 光线 ) 的反方向# 此时折射光线与入射光线位于界 面法线同侧， 相当于折射角为负值， 我们把这种折射 称为光线的 “ 负折射” # 折射角大小仍由斯涅耳定律 确定， 如果把折射率取为负值的话， 斯涅耳定律仍然 成立， 因此左手性介质也被称为负折射率物质# 另外
" *， "+ $，
（ "* ， "+ ） ・ * ($ （&）
对于切连科夫效应左手性介质也会给出与右手 性介质相反的结果( 如果一个粒子以速度 ! 在介质 中沿一直线运动， 它辐射出的场会遵循 )*+ ［ ,（ " # # $ " % % & !’） ］ 的形式， 波矢 " - " . / 012"， 其方向会主要顺 着速度 ! 的方向( 但 " % 方向分量在右手性介质中与 左手性介质中则恰好完全相反， 如图 % 所示( 在右手 性介质中， 辐射圆锥在粒子运动轨迹的反方向上， 而 在左手性介质中， 辐射圆锥则在粒子运动轨迹的同 方向上( 电磁辐射会对反射体造成光压， 一束平面单色
［ "］ 一些奇特电磁学性质 ， 比如对于多普勒效应， 由
于左手性介质中波矢 ! 的方向与光线的传播方向相 反， 因此同一般材料 （ 右手性介质） 相比， 左手性介 质将呈现相反的多普勒效应# 如图 ) 所示， 如果探测
物理
前沿进展
图 %! 切连科夫效应
波可以看作 是 光 子 流 ， 其中每个光子携带的动量 ! - #"( 在右手性介质中， 波矢 " 方向与波传播方向 相同， 因此在右手性介质中， 电磁波会对反射体产生
［ T］
实际的左手性物质， 因此他的研究只是停留在理论 上， 并且在随后的 "$ 年里没有得到太大的重视) 直
［ #］ 到 TSSS 年， 由于 <=/JGO 等人预言利用某种特定的
人造复合材料可以制作出在某一频率区间满足 " ] $ 的物质， 而且将这种材料与介电常数 ! ] $ 的物质 （ 比如金属线阵列） 组合起来就能够制造出左手性
图 ’! 光线的折射 （’： 入射光； #： 反射光； "： 当介质二为左手性物质时的折 %： 当介质二为右手性物质时的折射光） 射光；
压力； 在左手性介质中， 波矢 " 方向与波传播方向相 反， 故左手性介质中传播的电磁波会对反射体产生 吸引力， 如图 3 所示(
图 #! 左手性介质透镜
器向着靠近光源 （ 发射角频率为 !$ 的电磁波） 方向 运动， 那么在右手性介质中探测到的频率会比 !$ 高， 而在左手性介质中探测到的频率则会比 !$ 低； 当探测器远离光源运动时， 右手性介质中探测到的 频率会比 !$ 低， 而左手性介质中探测到的频率则会 比 !$ 高 (
［ " —Y ］ 材料 ， 因此人们才对这种材料投入了更多的兴
趣) #$$T 年， 加州大学 R4/ ^>=0.（ 6/>N=GE>DO .I ?4C>1
［ "］ I.G/>4 4D R4/ ^>=0.，6?R^ ）分校的 RK>D等物理
在理论上研究了介
电常数 ! 和磁导率 " 都为负值的物质的电磁学性 质， 他发现与常规材料 （ [8* ） 不同的是： 当!和" 都为负值时， 电场、 磁场和波矢之间构成左手关系， 他称这种假想的物质为左手性介质 （ C=ID1-4/J=J K41 D=G>4CE， 58*） ) 他还指出， 左手性介质中电磁波的行 为与在右手性介质中有很大的不同， 比如光的负折 射， 负的切连科夫效应， 反多普勒效应等等) 尽管左
图 3! 光对反射体的作用力
"! 完美透镜
传统的光学显微镜分辨率受 4567),89 衍射极限 的限制， 可分辨的最小结构约为半个波长( 假设光源 : 为一极小的频率为 ! 的偶极子， 其辐射场的电场 分量利用傅里叶级数展开如下 （ 垂直透镜方向为 #
图 "! 多普勒效应
方向） ： ( （ %， ’） )
!2(/*$&/3 3 2-= C4D=ED FG.0G=EE >/ G=E=4GH- ./ C=ID1-4/J=J K4D=G>4CE，L.D- D-=.G=D>H4C 4/J =MF=G>K=/D4C ，4G= E3GN=O=J) 2-= L4E>H FG.F=GD>=E .I C=ID1-4/J=J K4D=G>4CE 4G= =MFC4>/=J L4E=J ./ =C=HDG.K40/=D>H D-=.GO) 2-= E31 F=G G=E.C3D>./ >K40>/0 K=H-4/>EK .I FC4D= C=/E=E K4J= IG.K C=ID1-4/J=J K4D=G>4CE >E J>EH3EE=J) PMF=G>K=/D4C 4JN4/H=E >/ D-= I4LG>H4D>./ .I C=ID1-4/J=J K4D=G>4CE Q>D- K=D4K4D=G>4CE 4G= G=N>=Q=J) 4’5 6,*"(3 3 C=ID1-4/J=J K4D=G>4CE，/=04D>N= G=IG4HD>N= K4D=G>4CE，F=GI=HD C=/E，R/=CC C4Q
手性介质有很多新奇! 和磁导率 " 是描述均匀媒质中电磁 场性质的最基本的两个物理量) 对于一般电介质而 言， 介电常数 ! 和磁导率 " 都是非负的常数) 由麦克 斯韦方程可知， 在 ! 和 " 都为正值的物质中， 电场、 磁场和波矢三者构成右手关系， 我们称这样的物质 为右手性介质 （ G>0-D1-4/J=J K4D=G>4CE， [8* ） ) TS(Y 年， 前苏联物理学家 \=E=C40.