左手材料PPT课件
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左手材料(LeftHanded Metamaterials)及负折射率的研究进展共24页PPT
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
60、人民的幸福在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
左手材料（LeftHanded Metamaterials） 及负折射率的研究进展
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
60、人民的幸福在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
左手材料（LeftHanded Metamaterials） 及负折射率的研究进展
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
左手材料
当两种媒质有不同“手性”时，即两种媒质的折射率符号相同 n1n2 < 0，则 折射角θ 2 < 0，如下图所示，折射线与入射线在法线的同侧，称之为“负折 射现象”。
均为右手材料
材料手性相反
均为左手材料
右手材料 右手材料
θ1
右手材料 左手材料
θ2
θ1
左手材料 左手材料
θ1
|nlago Lens
衰减波（倏逝波） 折射率为虚数
1968年前苏联科学家预言了左手材料的存在
左 手 材 料 的 发 展
英国帝国理工学院Pendry从电磁场Maxwell方程和物质本构方程出发， 通过理论计算指出：间距在毫米级的金属西线构成的格子结构具有类 似等离子体的物理行为，在一定条件下出现负的介电常数。另外，利用 非磁性导电金属片构成开环共振器并组成方阵，可以实现负的磁导率。
对于无损耗、各向同性和均匀的自由空间，Maxwell方程组可表示为：
正弦时变电磁波 的波动方程 （Helmholtz） 以一定频率作正 弦振荡的波称为 时变电磁波（单 色波）
假设电磁波沿x轴方向传播，其场强在与x轴正交的平面上各点具有相同的 值，即E和B仅与x，t有关，而与y，z无关，这种电磁波称为平面电磁波，其 波阵面为与x轴正交的平面。方程演变为一维常微分方程。
如果ε ，μ 都为负数，此时K有实数解，电磁波能在其中传播。
？
此时
K,E,H不在满足右手螺旋关系，而满足左手 螺旋关系，这种介质被称为“左手材料” ” （left handed materials:LHM）。
电磁波能流方向即为群速度方向（坡印亭矢量S的方向）。
右手材料中，S和K（电磁波相位的方向）的方向总是相同，相速度 和群速度方向一致。
均为右手材料
材料手性相反
均为左手材料
右手材料 右手材料
θ1
右手材料 左手材料
θ2
θ1
左手材料 左手材料
θ1
|nlago Lens
衰减波（倏逝波） 折射率为虚数
1968年前苏联科学家预言了左手材料的存在
左 手 材 料 的 发 展
英国帝国理工学院Pendry从电磁场Maxwell方程和物质本构方程出发， 通过理论计算指出：间距在毫米级的金属西线构成的格子结构具有类 似等离子体的物理行为，在一定条件下出现负的介电常数。另外，利用 非磁性导电金属片构成开环共振器并组成方阵，可以实现负的磁导率。
对于无损耗、各向同性和均匀的自由空间，Maxwell方程组可表示为：
正弦时变电磁波 的波动方程 （Helmholtz） 以一定频率作正 弦振荡的波称为 时变电磁波（单 色波）
假设电磁波沿x轴方向传播，其场强在与x轴正交的平面上各点具有相同的 值，即E和B仅与x，t有关，而与y，z无关，这种电磁波称为平面电磁波，其 波阵面为与x轴正交的平面。方程演变为一维常微分方程。
如果ε ，μ 都为负数，此时K有实数解，电磁波能在其中传播。
？
此时
K,E,H不在满足右手螺旋关系，而满足左手 螺旋关系，这种介质被称为“左手材料” ” （left handed materials:LHM）。
电磁波能流方向即为群速度方向（坡印亭矢量S的方向）。
右手材料中，S和K（电磁波相位的方向）的方向总是相同，相速度 和群速度方向一致。
左手材料 双负材料 科普知识 ppt
②
负折射现象
当波通过两介质之间的界面时,如图所示。一边 的磁导率μ1 和电导率ε1 均大于 0,另 一边的磁导率 μ2 和电导率ε2 均小于 0。
设对 2 种媒介使用 Maxwell 方程都将被满足, 则有边界条件:
可见,E 和 H 沿法线分量 En2 和 Hn2 的正负号,在 ε2/ε1<0，μ2/μ1<0 时将和ε2/ε1>0， μ2/μ1>0 时 符号的相对,那么,和ε2/ε1>0，μ2/μ1>0 的情况相对， 在左手材料中折射光 线将关于 z 轴对称传播。
SRRs可以看作由电感和电容组成LC电路，当 SRRs减小到一定尺寸时，其电感L和电容C不再继 续减小，谐振频率趋近于某一定值。即采用金属微 结构理论上不能实现可见光波段磁响应。另外，损 耗也是限制可见光波段磁响应的原因。当结构单元 尺寸与趋肤深度可比较时，其电阻损耗和趋肤深度 问题变得更为突出。
双负材料的应用前景： ① 制作高分辨率的显微镜镜片。 传统的光学镜头不能将光线聚焦到小于光线 2004年2月，俄罗斯莫斯科理论和应用电磁 波长的尺寸。 学研究所的物理学家宣布他们研制成功一种具 左手材料制作的“超级透镜”： 有超级分辩率的镜片。 一方面，可实现平板聚焦，无需制成曲面； 同年，加拿大多伦多大学的科学家制造出 另一方面，可将光线聚焦到光线波长以下， 一种左手镜片。 甚至可以检测单个物质分子； 两国科学家的研究成果获得科学界的高度 赞赏，被美国物理学会评为2004年度国际物理 还能放大消逝波，将二维像点的所有傅立 学会最具影响的研究成果。 叶分量全部聚焦，实现“理想成像”；
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ParazzoliCG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 据和模拟计算非常吻合，都晰而显着地展示出负 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。
左手材料负折射率材料
应用拓展
进一步拓展左手材料在通信、雷达、传感等领 域的应用。
跨学科合作
加强与物理学、化学、生物学等学科的合作，共同推进左手材料的研究与应用。
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左手材料负折射率材料
目 录
• 左手材料简介 • 负折射率材料的特性 • 左手材料与负折射率材料的关系 • 左手材料负折射率材料的研究现状与展望
01 左手材料简介
定义与特性
定义
左手材料是一种具有负折射率的人工 复合材料，其介电常数和磁导率同时 为负。
特性
具有负的折射率、负的切向波速、负 的切向波长等特殊性质。
在通信领域，负折射率材料有望 用于构建更高效的光子集成电路，
提高信息传输的速度和容量。
在成像领域，负折射率材料可以 用于制造超分辨率成像设备，提
高成像的清晰度和分辨率。
在传感领域，负折射率材料具有 高灵敏度和快速响应的特点，可 用于构建高精度的光学传感器。
03 左手材料与负折射率材料 的关系
左手材料的负折射率特性
02
负折射率的出现，打破了传统光 学理论中关于折射率的定义，为 光学研究带来了新的思路和可能 性。
负折射率材料的实现方式
通过特定结构设计，使得材料在特定 频率的光波下表现出负的折射率。
目前实现负折射率材料的方法主要有 两种：一种是采用周期性结构的设计 ，另一种是通过使用复合材料。
负折射率材料的应用前景
面临的挑战
稳定性问题
左手材料在外部环境变化下容易失去负折射率特性， 需要解决稳定性问题。
制备难度
目前左手材料的制备工艺较为复杂，需要进一步优化 制备方法。
损耗问题
左手材料存在较高的介质损耗，限制了其在某些领域 的应用。
一双手PPTPPT课件
康复治疗
在治疗后，进行康复训练，帮 助手部功能恢复。
04
手的保护与保养
保持手部卫生
勤洗手
指甲卫生
经常用肥皂和流动水洗手，或使用含 有至少60%酒精的手部消毒液。
定期修剪指甲，保持指甲的清洁和卫 生，避免指甲内藏污纳垢。
避免接触污染物
避免直接接触公共场所的物品，如门 把手、电梯按钮等，尽量使用手肘或 纸巾代替。
一双手在工作中的故事
办公室工作
描述一双手在办公室工作中如何高效地处理 文件和办公设备，如键盘、鼠标等。
艺术创作
描述一双手在艺术创作中如何创造出美丽的 作品，如绘画、雕塑等。
手工劳动
讲述一双手在手工劳动中如何完成复杂的任 务，如缝纫、木工等。
体育运动
讲述一双手在体育运动中如何掌握技巧和发 挥力量，如篮球、游泳等。
限。
肌肉萎缩
由于长期缺乏运动或神 经系统疾病等原因，导 致肌肉体积缩小、力量
减弱。
骨折
手部受到外力作用，导 致骨骼断裂，出现疼痛、
肿胀、畸形等症状。
手部疾病的预防
01
02
03
04
保持手部卫生
经常洗手，避免接触污垢和细 菌。
避免过度使用手部
合理安排工作和休息时间，避 免长时间重复同一个动作或过
度用力。
手的功能
抓握
手具有强大的抓握能力， 可以握住各种形状和大小 的物体。
操作
手指的灵活性和协调性使 手能够进行精细操作，如 写字、打字、弹奏乐器等。
感知
手具有高度敏感的触觉和 温度感知能力，可以感知 物体的质地、温度和形状。
手的进化历程
早期猿类
早期猿类手的特点是具有长而灵 活的手指和强壮的拇指，适合攀 爬和抓握。
在治疗后，进行康复训练，帮 助手部功能恢复。
04
手的保护与保养
保持手部卫生
勤洗手
指甲卫生
经常用肥皂和流动水洗手，或使用含 有至少60%酒精的手部消毒液。
定期修剪指甲，保持指甲的清洁和卫 生，避免指甲内藏污纳垢。
避免接触污染物
避免直接接触公共场所的物品，如门 把手、电梯按钮等，尽量使用手肘或 纸巾代替。
一双手在工作中的故事
办公室工作
描述一双手在办公室工作中如何高效地处理 文件和办公设备，如键盘、鼠标等。
艺术创作
描述一双手在艺术创作中如何创造出美丽的 作品，如绘画、雕塑等。
手工劳动
讲述一双手在手工劳动中如何完成复杂的任 务，如缝纫、木工等。
体育运动
讲述一双手在体育运动中如何掌握技巧和发 挥力量，如篮球、游泳等。
限。
肌肉萎缩
由于长期缺乏运动或神 经系统疾病等原因，导 致肌肉体积缩小、力量
减弱。
骨折
手部受到外力作用，导 致骨骼断裂，出现疼痛、
肿胀、畸形等症状。
手部疾病的预防
01
02
03
04
保持手部卫生
经常洗手，避免接触污垢和细 菌。
避免过度使用手部
合理安排工作和休息时间，避 免长时间重复同一个动作或过
度用力。
手的功能
抓握
手具有强大的抓握能力， 可以握住各种形状和大小 的物体。
操作
手指的灵活性和协调性使 手能够进行精细操作，如 写字、打字、弹奏乐器等。
感知
手具有高度敏感的触觉和 温度感知能力，可以感知 物体的质地、温度和形状。
手的进化历程
早期猿类
早期猿类手的特点是具有长而灵 活的手指和强壮的拇指，适合攀 爬和抓握。
左手材料-负折射率材料
新型人工原子和分子
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。
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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
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。
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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(Left-Handed
2
自然界中物质的μ和ε一般都与电磁波频率有关，并且在 大多数情况下都为正数，此时方程(1)有波动解，电磁波能在 其中传播。对于无损耗、各向同性、空间均匀的介质，由 右手材料 左手材料 ( < 0, < 0) Maxwell方程组能推出 ( > 0, > 0)
光刻蚀技术(photolithography) 近场光学显微仪 (near-field optical microscopy) 可选波长的滤光器 (wavelength-tunable filter) 光学显示器 (optical displays)
Fig 5. (A) A negative index metamaterial formed by SRRs and wires deposited on opposite sides lithographically on standard circuit board. The height of the structure is 1 cm. (B) The power detected as a function of angle in a Snell’s law experiment performed on a Teflon sample (blue curve) and a negative index sample (red curve). Shelby R. ,Smith D.R. ,et al ,Science ,2001,292,77
折射光仍然满足Snell定律 n1 sin 1 n 2 sin 2
E1
H1
1
( 1 >0, 1 >0 )
v k k
H2
v S S
自然界中物质的μ和ε一般都与电磁波频率有关，并且在 大多数情况下都为正数，此时方程(1)有波动解，电磁波能在 其中传播。对于无损耗、各向同性、空间均匀的介质，由 右手材料 左手材料 ( < 0, < 0) Maxwell方程组能推出 ( > 0, > 0)
光刻蚀技术(photolithography) 近场光学显微仪 (near-field optical microscopy) 可选波长的滤光器 (wavelength-tunable filter) 光学显示器 (optical displays)
Fig 5. (A) A negative index metamaterial formed by SRRs and wires deposited on opposite sides lithographically on standard circuit board. The height of the structure is 1 cm. (B) The power detected as a function of angle in a Snell’s law experiment performed on a Teflon sample (blue curve) and a negative index sample (red curve). Shelby R. ,Smith D.R. ,et al ,Science ,2001,292,77
折射光仍然满足Snell定律 n1 sin 1 n 2 sin 2
E1
H1
1
( 1 >0, 1 >0 )
v k k
H2
v S S
四年级上册心理健康教育课件-左手右手 全国通用(共22张PPT)
Hours
Minut 7 2 0 53248096 4 8 1 80979644 5 3 8 09630124 1 8 4 42727808 2 0 5 45808814
12 10
5 7 3 66236320 7 2 0 53248096 4 8 1 80979644 5 3 8 09630124 1 8 4 42727808 2 0 5 45808814
11
活动：神机妙算2
1.活动时间：20秒 2.画出一组记1分，组长统计最后得分，得分高者获胜。 3.请找出左右相邻两个数字相加之和等于9的组合，并
用红笔圈画出来。
12
计时器
0 0 0 0 102 4256130978
Hours
Minutes
Seconds
13
5 7 3 66236320 7 2 0 53248096 4 8 1 80979644 5 3 8 09630124 1 8 4 42727808 2 0 5 45808814
17 14
天鹅、大虾和梭子鱼
15
天鹅、大虾和梭子鱼
16
集 体 曼 陀 罗 绘 画
17
集体曼陀罗绘画
1.小组合作完成一幅精美的集体画， 既可以涂色，也可以添画。 2.作画时间：5分钟 3.每位同学都要参与作画。
18
五分钟倒计时
54321
计时 开始
19
集 体 曼 陀 罗 绘 画
20
21
22
四年级心理健康教育课
1
左手·右手
2
右手骄傲地说：“一切动作，主要靠的都是我，你不过给 我帮帮小忙罢了。没有你，我照样可以做得很好。你其 实是毫无用处的。” 左手不服气：“人们都说‘左右手’，从来没听见‘右左手’的， 可见我的地位在你之上。你竟敢瞧不起我？！” 右手说：“你敢和我比赛吗？” 左手说：“我有什么不敢！” 右手提起笔来说：“不用你帮忙，我自己在纸上画个方形， 让你看看，离了你，我画得照样方正！” 左手也提起笔来说：“你能画方的，我就能画圆的。我也 不要你帮忙，你看我画得多么圆溜！”
左手材料-双负材料-科普知识-ppt
左手材料的人工实现
1. 微波段双负材料的实现
① 金属谐振结构左手材料的实现 目前，对于左手材料人工等效实现的研究，主要集
中在以金属谐振结构为基础的人工等 效实现研究，通 过 SRRs 周期结构形式的改进及研究，完成左手材料的 人工等效实现。
2000 年美国加州大学 San Diego 分校的科学家 D.R.Smith 等采用电路板刻蚀技术制备了铜 SRRs 和铜线 并周期性排列成结构材料，并测量了其微波透射曲线。 大于共振频率ωm 的范围内体系出现负的磁导率。
r为金属线半径； a为晶格常数； co为真空中光速。 因此，调整阵列的晶格常数和金属杆半径可实 现红外、THz波段的负介电响应。 Zhang课题组实现了红外和THz波段的负介电响 应。
负磁导率问题：
采用微结构单元替代磁性材料中的原子和分子 可寸实SR现Rs高按20频比04年磁例T响缩．应小J．。时YP，eenn其等dr采磁y理用响论光应研刻可究蚀扩表技展术明到加当红工单外元波尺 段而制不备能了扩结展构到单可元见为光30µ波m段左。右的铜SRRs阵列，
问题的关键在于：这种物质必须拥有负折射
率多。年到苦当寻时，为没止所能有找已到知满的足物的质材都料拥有，正其折 射率。 猜想也被淡忘。
双负材料的实现关键是介电常数和磁导率同时 小于零，即系统中必须存在两个独立的谐振(电谐
振 起来和当比磁ωp较谐>困振ω时难)，，。且可谐以振使的频介段电要常有数重为叠负部值分。，实现
⑤ 反常切伦柯夫辐射
当带电粒子在介质中匀速运动时会在其周围 引起诱导电流，诱导电流激发次波，当粒子速度 超过介质中光速时，这些次波和原来粒子的电磁 场互相干涉，从而辐射出电磁场，称为切伦柯夫 辐射。正常材料中，干涉后形成的波面，即等相 面是一个锥面。电磁波能量沿此锥面的法线方向 辐射出去，是向前辐射的，形成一个向后的锥角， 即能量辐射的方向和粒子运动方向夹角θ。θ由 式子cosθ=c/nv确定，其中v是粒子运动的速度。 而在负群速度介质中,能量的传播方向和相速相 反，因而辐射将背向粒子的运动方向发出,辐射 方向形成一个向前的锥角。
左手材料在天线中的运用
左手材料在无线通信领域的应用前景
总结词
详细描述
左手材料在无线通信领域具有广泛的应用前 景，将为无线通信技术的发展带来革命性的 变革。
左手材料的特殊电磁特性使其在无线通信领 域具有广泛的应用价值，例如在提高无线通 信设备的灵敏度、信号传输速度和抗干扰能
力等方面，都将发挥重要作用。
左手材料在雷达系统中的应用前景
左手材料的特性
这种材料具有负的折射率，对电磁波的传播方向与电场和磁场的 方向都与常规右手材料相反。
左手材料的分类
根据左手材料的特性，可以将其分为活性左手材料和被动左手材料。
02
左手材料在天线设计中的优势
提高天线效率
左手材料的高电导率和磁导率可以减少电磁波在传播过程中的能量损失，提高电 磁波的传输效率，从而提高天线的效率。
• 制造方法：目前常用的制造方法包括真空蒸发沉积、纳米压印、化学气 相沉积等，但这些方法普遍存在效率低、成本高的问题。
• 尺寸控制：制造过程中对左手材料尺寸的控制也是一大挑战，尤其是对 于纳米级别的材料。
• 解决策略：研究者们正在开发新的制造工艺，以提高加工效率并降低成 本。例如，利用先进的纳米压印和化学气相沉积技术，可以更精确地控 制材料的尺寸和形状。此外，通过引入新型设备，也能提高生产效率。
通过利用左手材料的特殊性质，可以将电磁波聚集在特定 的方向上，提高天线的发射效率和接收灵敏度。
降低天线的雷达散射截面
左手材料可以改变电磁波的传播方向 ，使电磁波散射到各个方向，从而降 低天线的雷达散射截面。
VS
降低天线的雷达散射截面可以减少被 敌方雷达发现的可能性，提高天线的 隐蔽性和生存能力。
03
THANK S感谢观看
左手材料的特殊性质可以改变电磁波的相位和振幅，使天线更加高效地发射和接 收电磁波。
电磁超材料左手材料报告
等领域具有广泛的应用前景。
左手材料是电磁超材料的一种特 殊类型，具有负的折射率和负的 磁导率，能够实现电磁波的逆寻
常折射和聚焦。
研究意义
探索电磁超材料的物理机制和 设计原理，为新型电磁器件和 系统的研发提供理论支持。
研究左手材料的特殊性质和应 用，推动相关领域的技术进步 和产业发展。
为解决电磁波干扰、隐身技术 等实际问题提供新的思路和方 法。
02 电磁超材料左手材料的基 本理论
左手材料的定义与特性
左手材料的定义
左手材料是一种具有负折射率、负磁导率和负阻抗率的人工 复合材料。
左手材料的特性
具有负的折射角、逆多普勒效应、逆切伦科夫辐射等特殊电 磁性质。
电磁超材料的原理与性质
电磁超材料的原理
通过在亚波长尺度上精心设计材料的 微观结构，实现对电磁波的异常响应 。
03
可以在更广泛的频段内实现各种异常物理效应。
03 电磁超材料左手材料的制 备方法
常见制备方法
微纳加工技术
通过光刻、
结构。
胶体自组装
利用分子间的相互作用 力，将不同功能的纳米 粒子自组装成左手材料
结构。
3D打印技术
通过3D打印技术，将左 手材料粉末逐层堆积成
实验和理论研究表明，电磁超材料左手材料在隐身技术、 天线设计、光子器件和量子技术等领域具有广阔的应用前 景。
研究展望
需要进一步研究电磁超材料左 手材料的物理机制和设计原理 ，以实现更高效、稳定和可控
的电磁性能。
需要探索电磁超材料左手材料 在不同环境和条件下的应用，
以拓展其应用领域和范围。
需要加强与其他领域的交叉合 作，如信息科学、物理学、化 学和生物学等，以促进电磁超 材料左手材料的创新和应用。
左手材料是电磁超材料的一种特 殊类型，具有负的折射率和负的 磁导率，能够实现电磁波的逆寻
常折射和聚焦。
研究意义
探索电磁超材料的物理机制和 设计原理，为新型电磁器件和 系统的研发提供理论支持。
研究左手材料的特殊性质和应 用，推动相关领域的技术进步 和产业发展。
为解决电磁波干扰、隐身技术 等实际问题提供新的思路和方 法。
02 电磁超材料左手材料的基 本理论
左手材料的定义与特性
左手材料的定义
左手材料是一种具有负折射率、负磁导率和负阻抗率的人工 复合材料。
左手材料的特性
具有负的折射角、逆多普勒效应、逆切伦科夫辐射等特殊电 磁性质。
电磁超材料的原理与性质
电磁超材料的原理
通过在亚波长尺度上精心设计材料的 微观结构，实现对电磁波的异常响应 。
03
可以在更广泛的频段内实现各种异常物理效应。
03 电磁超材料左手材料的制 备方法
常见制备方法
微纳加工技术
通过光刻、
结构。
胶体自组装
利用分子间的相互作用 力，将不同功能的纳米 粒子自组装成左手材料
结构。
3D打印技术
通过3D打印技术，将左 手材料粉末逐层堆积成
实验和理论研究表明，电磁超材料左手材料在隐身技术、 天线设计、光子器件和量子技术等领域具有广阔的应用前 景。
研究展望
需要进一步研究电磁超材料左 手材料的物理机制和设计原理 ，以实现更高效、稳定和可控
的电磁性能。
需要探索电磁超材料左手材料 在不同环境和条件下的应用，
以拓展其应用领域和范围。
需要加强与其他领域的交叉合 作，如信息科学、物理学、化 学和生物学等，以促进电磁超 材料左手材料的创新和应用。
左手材料
2000—2001年，美国科学家Smith等根据Pendry等的 建议，利用以铜为主的复合材料首次制造出微波波段 的左手材料，并首次观测到微波束的负折射现象。至 此之后，全世界范围内掀起了研究左手材料的热潮。
如果电容率和磁导率同时为负值，那 么，E、H与K之间将满足左手关系。由 于这个原因，这种介质将成为左手材料， 又称为“双负介质”。
Z S" θ" O
θ θ'
ε2<0,μ2<0 ε1>0,μ1>0
K'
K负折射光路图Fra bibliotek2、理想透镜效应
相对于普通透镜，左手材料构成的透镜有许 多奇异的效应。特别是左手材料平板透镜 会出现类似于一般凸透镜的聚光效果，它 没有固定光轴，不受傍轴条件的限制，且 成正立、等大的实像。更重要的是这种平 板透镜不仅能够捕获光场的传播波成分， 而且能够捕获倏逝波（全反射情况下的表 面波）成分，光场的所有成分都无损失的 参与了成像，突破了衍射极限。从这个意 义上讲，左手平板镜为“完美透镜”。
虽然从坡印亭矢量(S=E×H)定义可知S 不显含μ ，E、H与S仍满足右手关系，但 是S与K反方向，这说明对于左手介质中 传播的平面波，其相速度和群速度方向 相反。
1、负折射现象
如下图所示，设下半空间为正常材料， 上半空间为“左手材料”，介质分界面在 xy平面，入射波、反射波和折射波均在xz 平面（即ky=ky'=ky"=0)。因为在左手材料 介质中，折射波既要满足S"与K"反方向， 又要满足kx=kx",所以折射波和入射波必须 出现在界面法线（沿z轴正方向）的同一侧， 这种现象被称为负折射现象。
ε<0 μ<0
理想透镜效应
如果电容率和磁导率同时为负值，那 么，E、H与K之间将满足左手关系。由 于这个原因，这种介质将成为左手材料， 又称为“双负介质”。
Z S" θ" O
θ θ'
ε2<0,μ2<0 ε1>0,μ1>0
K'
K负折射光路图Fra bibliotek2、理想透镜效应
相对于普通透镜，左手材料构成的透镜有许 多奇异的效应。特别是左手材料平板透镜 会出现类似于一般凸透镜的聚光效果，它 没有固定光轴，不受傍轴条件的限制，且 成正立、等大的实像。更重要的是这种平 板透镜不仅能够捕获光场的传播波成分， 而且能够捕获倏逝波（全反射情况下的表 面波）成分，光场的所有成分都无损失的 参与了成像，突破了衍射极限。从这个意 义上讲，左手平板镜为“完美透镜”。
虽然从坡印亭矢量(S=E×H)定义可知S 不显含μ ，E、H与S仍满足右手关系，但 是S与K反方向，这说明对于左手介质中 传播的平面波，其相速度和群速度方向 相反。
1、负折射现象
如下图所示，设下半空间为正常材料， 上半空间为“左手材料”，介质分界面在 xy平面，入射波、反射波和折射波均在xz 平面（即ky=ky'=ky"=0)。因为在左手材料 介质中，折射波既要满足S"与K"反方向， 又要满足kx=kx",所以折射波和入射波必须 出现在界面法线（沿z轴正方向）的同一侧， 这种现象被称为负折射现象。
ε<0 μ<0
理想透镜效应
左手材料
1. 2006年，Sehurig和Smith等展 示了这种“隐身斗篷”的雏形。 2. Landy和Padilla提出了一种新的 超材料设计思想，这种新的超材料 可以完全吸收辐射到其表面的电磁 波的电分量和磁分量．这种“完美 超材料吸收器”也可能为新一代抗 电磁干扰器件提供一种全新的思路 。
理论研究
1、用于天线 2、用于谐振装置 3、用于超薄雷达吸波
左手材料
左手材料构成的开放式谐振腔
基于Ω形结构的左手材料
磁响应频率在200THz开口谐振单环阵列
红外波段的左手材料
左手材料设计 左手材料按设计要求弯曲 电磁波或者入射光．或者左手 材料制造的兵器可能将光线或 雷达波反向散射出去，从而实 现隐形功能、抗电磁干扰功能
1968年．俄罗斯科学家V．G． Vesalago首次提出一种在某一频 段内介电常数与磁导率同时为负的 材料．并从Maxwell方程出发研究 了电磁波在这种介质中传播的状况 ，从理论上指出这种材料的存在是 不违反物理学定律
人工等效实现的实验研究
一．以D．R．Smຫໍສະໝຸດ th教授等人 提出的金属谐振结构为基础的结构 ．通过该结构形式的变化．可进行 左手频带范围扩展和降低损耗的研 究
目录
1.左手材料的定义、实现与应用 2.左手材料设计和制备研究进展 3.左手材料的研究动态与展望
左手材料的定义
“左手材料”是指一种介电常数和磁导 率同时为负值的材料。电磁波在其传播时， 波矢k、电场E和磁场H之间的关系符合左手 定律，因此称之为“左手材料”。它具有 负相速度、负折射率、理想成像、逆 Doppler频移、反常Cerenkov辐射等奇异的 物理性质。“左手材料”颠倒了物理学的 “右手规律”，而后者描述的是电场与磁 场之间的关系及其波动的方向。
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在传输线结构中的应用
传统的传输线由周期性排列的电子元器件组成包括 串联的电感和并联的电容,电磁波在其中传播的色散关 系与正折射材料相同。如果将电容与电感互换,即电感 并联、电容串联,电磁波其中传播的色散关系就与负折 射材料类似。这种结构具有较低的插入损耗和较宽的带 宽，，但是设计三维的CRLH-TL还很困难。
左 手 材 料
“左手材料”是指一种介电 常数和磁导率同时为负值
的材料。电磁波在其传播 时，波矢k、电场E和磁场 H之间的关系符合左手定 律因此称之为“左手材
料”。它具有负折射率、 理想成像逆Doppler频移、 反常Cerenkov辐射等奇 异的物理性质。
负折射效应
当电磁波入射到两种不同介质的分 界面上时，电磁波会发生折射现象， 对于两种传统介质而言，由于其折 射Байду номын сангаасθ>0，折射波和入射波会分居 分界面 法线的两侧；而当电磁波入 射到左手材料和传统介质的分界面 上时，由于左手材料的折射率θ<0， 折射波和入射波会处在分界面法线 的同侧，这种折射 现象就称为“负 折射效应”负折射率特性可以实现 对倏逝波的放大，实现“超透镜效 应"，突破衍射 极限，提高其成像 分辨率。
研究进展
2001年首次制造出在微波波段的左手材料 2002年7月制造出三维的左手材料 2002年底，麻省理工学院孔金瓯教授从理论上证明了左手 材料存在的合理性
2003年是左手材料研究获得多项突破的一年。 美国科学家在实验中直接观测到了负折射定律 左手材料的研究进入了美国《科学》杂志评出的2003年度全球 十大科学进展，引起全球瞩目。
下图给出了传输线实现左手材料的基本原理：
左手材料与天线
通信系统的保密性、高效性要求天线具有高定向 性，移动性和易携带性要求天线具有小型化，为了降 低对发射系统的要求，天线要具有高增益。这些特性 都可以通过左手材料的奇特的电磁特性实现。如下图， 是在天线基板中部分加载LHM的情形，加载LHM基板 中的 表面波传播路径是闭合的，而没有加载LHM基板 中的表面波从边沿辐射了 出去，由此可知，在天线基 板中加载LHM可以抑制边沿辐射，对于阵列天 线而言， 可以减少阵元间的相互干扰，提高方向性和辐射效率
2004年2月，俄罗斯物理学家研制成功一种具有超级分辩率的 镜片。同年，加拿大科学家制造出一种左手镜片。两国科学 家的研究成果被美国物理学会评为2004年度国际物理学会最 具影响的研究成果。
2004年实现了左手介质超平面成像实验
2009年成功研制出微波段新型“隐形衣”
展望
左手材料是一种具有非常规电磁属 性的类似均匀媒质的特殊人工电磁材料， 其理论基础和实验研究等方而均存在较 大的探索空间，其研究成果将在众多的 领域得到应用，现阶段在光学器件和微 波器件方而的潜在应用值尤为突出;而提 高左手材料的综合性能，尤其是频带的 扩展，损耗的降低，对其推广和应用尤 为关键。
完美透镜效应
对于普通的透镜来说，由于倏逝波成分所携带的物体 信息被丢掉了，而LHMs中ε和μ都小于零，能流的方向 和波矢方向是反相的，因此常规材料中的衰减场进入 左手材料后会变为增强场，常规材料中的增强场进入 左手材料后会变为衰减场。指数衰减的倏逝场进入透 镜左端面后将变为指数增强场，左手材料可对常规材 料中的倏逝场进行放大。从而使携带物体更微观细节 信息的倏逝场参与了成像。“放大过”的倏逝场经过 透镜右端面后重新变为衰减场，最后在像平面上恢复 到原来的光场值相对于普通透镜，左手材料平板透镜 没有固定光轴，不受傍轴条件限制，且成正立、等大 实像，最重要的是不仅能够捕获光场的传播波成分， 而且能够捕获倏逝波成分，光场的所有成分都无损失 地参与了成像，突破了衍射极限。因而左手材料平板 透镜被称为“完美透镜”。
逆多普勒效应
在右手材料中，由波动理论可知，当波源和观察者 互相接近时，观察到振动频率会减小，这就是多普 勒效应。但在左手材料中，由于LHMs内传播的波的 相速和群速相反，所以如果二者相向而行，观察到 的频率会降低。
反常切伦柯夫辐射
当带电粒子在介质中匀速运动时会在其周围引起诱导电流， 诱导电流激发次波，当粒子速度超过介质中光速时，这些 次波与原来粒子的电磁场互相干涉，从而辐射出电磁场， 称为切伦柯夫辐射。正常材料中，干涉后形成的波面，即 等相而是一个锥面。电磁波能量沿此锥面的法线方向辐射 出去，是向前辐射的，形成一个向后的锥角，即能量辐射 的方向与粒子运动方向夹角θ，而在负相速度介质中，能 量的传播方向与相速相反，因而辐射将背向粒子的运动方 向发出，辐射方向形成一个向前的锥角。
THANK YOU !!!
反Goos-Hänchen位移
光波从光密媒质入射到光疏媒质，其入射角要大于临 界角，将会发生全反射。全反射光束在介质的分界面 上将沿入射光波波矢量的平行分量发生侧向位移，该 位移由Goos-Hänchen首次发现，因此命名为GoosHänchen位移。
独特的性质决定了左手材料的特殊 用途
Maxwell方程经坐标系统变 换后能够提供特定分布的折 射率，实现对折射率 的人为 控制，使电磁波按人们的意 愿进行传播。 左手材料用于电磁波隐身。 可用于武器隐身和制作隐身 衣。下图可以看出电磁波绕 过了目标并在绕过目标后返 回了其原始轨迹，实现了目 标的隐身，