左手材料,左手材料的發(fā)展歷史，左手材料的性質(zhì)，左手材料的人工實(shí)現(xiàn)，左手材料的發(fā)展前景
1968年，前蘇聯(lián)科學(xué)家VeselagoVG發(fā)現(xiàn)介電常數(shù)ε和磁導(dǎo)率μ都為負(fù)值的物質(zhì)的電磁學(xué)性質(zhì)與常規(guī)材料不同，還指出當(dāng)平面電磁波照射在這樣的媒介時(shí)，會發(fā)生反常的折射現(xiàn)象，不過其在自然界中并不存在，因此他的研究只是停留在理論上。1996年P(guān)endry提出了金屬線周期結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可使介質(zhì)的介電常數(shù)為負(fù)。1999年，Pendry等人又用電介質(zhì)體設(shè)計(jì)了一種具有磁響應(yīng)的周期性結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了介質(zhì)磁導(dǎo)率的負(fù)值，進(jìn)而展現(xiàn)了負(fù)折射率材料存在的可能性，人們對這種材料也投入了更多的興趣。
2001年，加州大學(xué)SanDiego分校的Smith等物理學(xué)家根據(jù)Pendry等人的建議，首次制造出在微波波段具有負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率的物質(zhì)，證明了負(fù)折射材料的存在。2002年，美國加州大學(xué)Itoh教授和加拿大多倫多大學(xué)Eleftheriades教授領(lǐng)導(dǎo)的研究組幾乎同時(shí)提出一種基于周期性LC網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)左手材料的新方法。目前基于LC網(wǎng)絡(luò)的左手材料的研究在理論和實(shí)驗(yàn)上都有很大進(jìn)展。研究還表明LC左手材料在微波電路、天線等方面的應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢。在2002年底，麻省理工學(xué)院孔金甌教授也從理論上證明了“左手”材料存在的合理性，他稱之為“導(dǎo)向介質(zhì)”。2003年美國ParazzoliCG等人及Houcl等人同時(shí)分別進(jìn)行了一系列成功的實(shí)驗(yàn)工作，樣品實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)與模擬計(jì)算非常吻合，都晰而顯著地展示出負(fù)折射現(xiàn)象；且在不同入射角下測量到的負(fù)折射率是一致的，完全符合Snell定律，證實(shí)了左手材料的存在。
材料與電磁波的相互作用主要體現(xiàn)在材料的 介電常數(shù)ε和磁導(dǎo)率μ這兩個(gè)物理參數(shù)上�？紤]波 在低損耗介質(zhì)中傳播,此時(shí)介電常數(shù)ε和磁導(dǎo)率μ 可以看作實(shí)數(shù),根據(jù)ε和μ的正負(fù)取值,材料可以分為如圖所示的 4 類。 在自然界中, 大部分 材料位于 1 象限,根據(jù) Maxwell 方程,當(dāng)一束平面波在位于象限Ⅰ的各向同性材料中傳播時(shí), 波矢為實(shí)數(shù),因此波可以在這種材料中傳播,波在位于第Ⅱ和Ⅳ象限的介質(zhì)中傳播時(shí),波矢為 虛數(shù),這時(shí)材料的耗散非常大,一般認(rèn)為電磁波在該類介質(zhì)中不能傳播,因?yàn)檫@類材料對頻率 具有截止功能。 對于位于第Ⅲ象限的材料,發(fā)現(xiàn)ε和μ乘積仍然為正,說明波可以在其中傳播, 與Ⅰ象限材料相比,雖然波方程沒有改變,但 Maxwell 旋度方程發(fā)生了改變,從而引起了電磁 波傳播性質(zhì)上的根本變化。
1.電磁學(xué)性質(zhì)
對于平面單色波，Maxwell 方程可以化成如下簡單形式
