同时实现介电常数和磁导率为负的H型结构单元左手材料
超材料的发展及研究现状
超材料的发展及研究现状王霞;张冉冉;吕浩;赵秋玲;滕利华;张帅一;高鹏;艾晶晶【摘要】超材料是指具有一些天然材料所不具备的超常物理特性的人工复合材料,广义的超材料包括光子晶体、左手材料、超磁材料等.近年来,超材料凭借其优异的物理特性被成功应用于工业、军事、生活等各个方面.从超材料的基本概念出发,归纳总结了超材料的国内外研究进展,详细介绍了通过自组装、刻蚀、沉积等微纳加工技术制备超材料的实验过程,系统分析了超材料在新型微波器件、新型抗电磁干扰器件,无绕线电感、传感器以及光诱导开关等方面的应用.【期刊名称】《青岛科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(037)002【总页数】8页(P119-126)【关键词】超材料;光子晶体;研究进展;制备方法【作者】王霞;张冉冉;吕浩;赵秋玲;滕利华;张帅一;高鹏;艾晶晶【作者单位】青岛科技大学数理学院,山东青岛266061;青岛科技大学山东省新型光电材料与技术工程实验室,山东青岛266061;青岛科技大学数理学院,山东青岛266061;青岛科技大学山东省新型光电材料与技术工程实验室,山东青岛266061;青岛科技大学数理学院,山东青岛266061;青岛科技大学山东省新型光电材料与技术工程实验室,山东青岛266061;青岛科技大学数理学院,山东青岛266061;青岛科技大学山东省新型光电材料与技术工程实验室,山东青岛266061;青岛科技大学数理学院,山东青岛266061;青岛科技大学山东省新型光电材料与技术工程实验室,山东青岛266061;青岛科技大学数理学院,山东青岛266061;青岛科技大学山东省新型光电材料与技术工程实验室,山东青岛266061;青岛科技大学数理学院,山东青岛266061;青岛科技大学山东省新型光电材料与技术工程实验室,山东青岛266061;青岛科技大学数理学院,山东青岛266061;青岛科技大学山东省新型光电材料与技术工程实验室,山东青岛266061【正文语种】中文【中图分类】O063超材料是指具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料，最早由Walse教授提出[1]，其超常特性来自于人工结构而非材料本身，广义的超材料包括光子晶体、左手材料、超磁材料等。
负群时延电路研究综述:特征、现状与展望
负群时延电路研究综述：特征、现状与展望陈文兵【摘要】近年来,负群时延电路由于其异常的电磁波传播特性及广泛的应用前景备受关注.首先,介绍了负群时延与超光速现象的相关概念,阐述了负群时延现象的产生机理及负群时延电路的频域特征;然后,重点讨论了基于左手材料、谐振器与耦合微带线3种主要负群时延电路的组成形式与特点;指出了目前电路的主要问题在于其固有的高损耗、窄带宽特点及负群时延值极限;最后,对负群时延电路未来的研究方向进行了展望,以期为负群时延电路的研究与应用提供一定的参考.%Due to its anomalous electromagnetic transmission characteristics and promising applications, neg-ative group delay circuit ( NGDC) has received a lot of attention in recent years. Firstly, related definitions on negative group delay ( NGD) and superluminal phenomenon are introduced, followed by the illustration of the physical mechanisms and frequency-domain properties of NGDCs. Then the structures and characteristics of typical NGDCs employing left-handed material, resonators and coupled microstrip lines are mainly dis-cussed. It is found that present NGDCs are inherent with drawbacks such as high insertion loss, limited bandwidth, and asymptotic limits of NGD value. Finally, developing trends of NGDC researches are pointed out. All of these are supposed to provide some reference for NGDC researches and applications.【期刊名称】《电讯技术》【年(卷),期】2017(057)003【总页数】8页(P369-376)【关键词】负群时延电路;超光速;左手材料;谐振器;耦合微带线;研究综述【作者】陈文兵【作者单位】中国西南电子技术研究所,成都610036【正文语种】中文【中图分类】TN70220世纪早期，Sommerfeld和Brillouin[1]对色散介质中波的传输进行理论研究时注意到，当介质中有谐振吸收时，波的群速可以超过光速甚至为负。
左手材料经典结构双负特性及后向波性质探究
左手材料经典结构双负特性及后向波性质探究摘要：通过对左手材料经典杆环结构的理论推导，证明了其介电常数与磁导率双负的特性。
提出其后向波性质为左手材料所有奇异性质的基点，并从熵条件的角度探讨了产生后向波的机制，证明了左手材料波前与能量传播的关系，间接说明其不违背能量守恒，证明了左手材料存在性。
展望了左手材料的未来三大应用。
关键词：左手材料；杆环结构；双负特性；后向波Abstract: through the theoretical derivation of left-handed materials´ classical pole-ring structure,the dielectric constant and magnetic permeability of the double negative features are proved.The idea that backward?wave properties are??basis points?for the singular nature of left-handed materials is offered,and from the perspective of the entropy condition,the after wave mechanism is?discussed. The relationship between the spread of?energy and?the wavefront of left-handed materials is proved, ? indirectly?illustrating it?does not breach of conservation of energy, and its existence is proved. Three major applications of the left hand in the future are foreseed.Key words: left-handed materials;rod-ring structure;double negative features;backward wave众所周知，介电常数ε和磁导率μ是描述电磁波在介质中传播性质的重要参数。
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
左手材料一、概念的提出左手材料就是介电常数ε<0、磁导率μ<0的材料，是一种人工制备的亚观材料，在自然界中不存在天然的这类材料. 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。
1996年Pendry提出了金属线周期结构，首次制备出这个亚观的左手材料。
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。
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。
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。
在第一象限中,ε>0,μ>0,自然界中的绝大部分材料均处于这一象限.有少部分材料在某些状态下会处于第二象限(ε<0,μ>0),如等离子体及位于特定频段的部分金属.当ε<0,μ>0时,折射率n= √ε√μ为虚数.这意味着在这种材料中电磁波只能是消逝波(evanescent waves),因电磁波只能在折射率为实数的材料中传播.处于第四象限中的材料,其ε>0,μ<0,因而折射率也为虚数.电磁波入射到处于第四象限中的材料的行为与入射到第二象限中的材料的行为相似。
谐振腔谐振频率及几何尺寸的探讨
摘要谐振腔腔壁由导体组成，是产生高频振荡的有效工具；是比LC回路运用更广的振荡元件；本文对真空中谐振腔与谐振频率的关系做了详细的讨论；当谐振腔中有介质存在时，对谐振频率的影响也做了详细的推导，并对不同性质的介质对谐振频率的影响做了分类讨论，最后将不同情况下得出的谐振频率的结论加以总结，从而得出谐振腔谐振频率不受谐振腔尺寸限制的结论，对传统理论有了进一步的发展；为探索和设计新颖的谐振腔提供理论依据。
为设计合理的谐振腔提供现实的理论价值。
关键词：谐振腔；谐振频率；左手介质；右手介质；几何尺寸AbstractResonator is posed by conductors chamber wall,Itis the effective tools produce high-frequency oscillatory, Than LC circuit is used more widely oscillation ponent; For a vacuum resonator and the resonant frequency of relationship discussed in detail; When resonator, have media have resonance frequency effect to do a detailed derivation, and the different nature of the media on the resonance frequency effect of classification, finally discussed the different cases obtained the conclusion summarized the resonant frequency, so as to obtain the resonance frequency from resonator resonator size restrictions on traditional theory, the conclusion has been further development; For exploration and novel design provides the theory basis for the resonator. To design the reasonable resonator provide realistic theoretical value.Keywords:Resonant cavity；The resonant frequency；Left-handed medium; The right hand medium; Geometry dimension目录摘要IAbstract I1 绪论91.1问题的提出91.2论文研究背景与意义92 真空谐振腔的谐振频率与几何尺寸102.1 一定频率下电磁波基本方程102.2 谐振腔的截止频率133谐振腔填充介质后的谐振频率163.1填充普通介质（右手介质）73.1.1填充普通介质时的基本方程163.1.2填充普通介质时谐振频率的变化193.2填充特殊介质（左手介质）203.2.1左手介质简介203.2.2左手介质存在的可能213.2.3填充左手介质时谐振频率的变化22结论23参考文献24致错误!未定义书签。
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。
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。
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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
左手材料的奇异特性研究
左手材料的奇异特性研究摘要：左手材料是一种介电常数ε和磁导率μ都是负的人工周期结构材料，在其中传播的电磁波的群速度与相速度方向相反，从而呈现出许多起义的特性。
本文介绍了左手材料的基本概念、原理、奇异的特性以及其潜在的应用。
关键词：左手材料；反常折射；能流的方向和波矢方向相反；消除手机辐射；隐身术；引言在谈左手材料之前，先说一下什么是右手材料。
对于一般电解质而言，介电常数ε和磁导率μ都是非负的常数，由有麦克斯韦方程可知，在ε和μ都为正值的物质中，电场、磁场和波矢之间构成右手关系，我们称这样的物质为右手性介质（RHM）。
1968年，前苏联物理学家Veselago在理论上研究了介电常数ε和磁导率μ都为负值的物质的电磁学特性，他发现与常规材料不同的是：当ε和μ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（LHM）。
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，比如光的负折射率、负的切连科夫效应、反多普勒效应等等。
1996年尽管左手性介质有很多新奇的特性，但在自然界中人类尚未发现真实存在的左手性物质，因此它还主要处在实验室研究阶段。
目前左手性材料的研究仍是科学的热点项目。
一、何谓左手性材料在经典电动力学中，对于无损耗、各项同性、空间介质均匀的自由空间，Maxwell方程组为：正弦时变电磁波的波动方程（Helmholtz方程）为：其中n代表折射率，c是真空中光速。
自然界中物质的ε和μ一般都与电磁波频率有关，如果不考虑任何能量的损耗，在正常的介质中，n、ε和μ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、各项同性、空间介质均匀，有Maxwell方程组能推出平面电磁波方程为：且有可见，电磁波是横波，波的相位传播矢量K和电矢量E和磁矢量H互相垂直，并且K、E、H之间满足右手螺旋关系。
这种常规的介质就被称为“右手材料”（Right - Hand Materials）。
左手材料综述
左手材料及其在器件中的应用摘要：左手材料是近年来国际上研究的热点，具有负折射率、逆多普勒效应、完美成像等一系列性质，通过金属周期性结构及传输线可人工实现，在天线及新型微波器件等性能改进方面具有极大的优势。
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。
超材料的特性和应用。
超材料的特性和应用。
具体整理如下：1、超材料是什么？起初对于超材料的研究是负折射率超材料，1968 年前苏联科学家Veselago 首次提出同时具有负介电常数和负磁导率的材料概念，并预测利用这些材料可以实现负折射、逆多普勒等效应。
由于介电常数和磁导率同时为负时，电场E、磁场H 和波矢k 的关系不再符合右手螺旋定则，而是满足左手定则，因此这种材料又称为“左手材料”，但这些特征在自然材料中并不存在。
直到1996 年和1999 年，英国科学家Pendry 等人设计了周期排布的金属细线结构和开口谐振环（SRR）结构，并证明可以分别实现负等效介电常数和负磁导率，自此引入了超材料的概念。
“超材料”一词最初由Rodger M. Walser 教授提出，用来形容自然界不存在的、人工制造的、三维的、具有周期性结构的复合材料。
超材料是一种具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工材料，超材料通过围绕的微米/纳米级图案或结构设计，使它们以自然界中不存在的方式与光或其他形式的能量相互作用，典型的超材料有左手材料、光子晶体、超磁性材料、金属水等。
超材料通常与纳米技术相关联，因为在光学应用里重复的单元结构是以纳米为单位的。
创造超材料可能只有通过纳米技术才能实现。
未来随着纳米技术在未来几十年的进步，将会解锁更多新的超材料并降低其制造成本。
2、超材料的特性①超材料是人工设计与制造的材料而不是天然存在的材料；②超材料是一种复合型或混杂型材料,而不是单一的或纯净的材料；③超材料所呈现的物理性能是超常态的，非自然材料所有的，如负折射率、负磁导率、负介电常数、逆多普勒效应；④可以通过改变材料的基本单元结构、形状、方向、排列等物理特性，使超材料可对光波、电磁波和声波实施有效的操控；3、超材料的种类•电磁超材料•声学超材料•机械超材料•热学超材料4、超材料的应用场景•超透镜超透镜是一种二维平面透镜结构，是由超表面聚焦光的光学元件制成。
被誉为2019年十大新兴技术之一。
左手材料
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。
反射波
ω ω<效应
逆多普勒效应
4、缺陷效应
光子晶体由于人为的引入缺陷，使得它 具有非常重要的应用价值。同样，左手材 料也可以存在能带结构。与光子晶体不同 的是，左手材料的能带具有选择透过性。 近年来，人们对含有左手物质的一维光子 晶体结构的能带进行了广泛的研究，发现 在这种结构中随着缺陷尺寸的变化，缺陷 模不仅可以存在于这种有缺陷复合材料中 的调制性透射和光学双稳性，其光学双稳 态的应用也引起了研究人员的关注。此外， 具有这样结构的材料可以控制自发辐射场 的传播，这为近场辐射的检测提供了一种 新的方法。
左手材料的应用前景
1、新型微波器件
微波段左手材料可广泛应用于微波器件， 如带通滤波器、延迟线、耦合器、带宽相 移器和超薄谐振腔等。相比于传统材料的 器件，其效率大大提高，同时各种性能也 得到很大改变，且结构装置更紧凑。
2、改善天线性能
利用左手材料理想透镜效应，可以实现 对天线辐射电磁波波束的汇聚，减小天线 的半波瓣宽度，这可以使用天线的方向性 更好，辐射增益更大。左手材料还替代微 带天线的传统介质基板，利用其对表面波 的抑制来减少边缘散射，提高天线辐射效 率。
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。
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。
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。
左手材料的研究概述
左手材料的研究概述【摘要】随着研究的深入，左手材料的相关理论不断得到完善，应用逐渐深入，左手材料的物理特性也得到了优化。
本文对左手材料的发展历史，基本原理，区别于传统材料的特性和最近的结构设计进展作了简要的介绍。
【关键词】左手材料；负折射；负磁导率1.引言左手材料（Left handed material），作为一种自然界至今并未发现，人工合成的周期结构复合材料（A composite or structured material that exhibits properties not found in naturally occurring materials or compounds）。
是由前苏联物理学家Mandelshtam于1940年最初提出的。
而Veselago于1968年在文章中[1]，根据Maxwell方程组，分析了电磁波在其中传播时，与常规介质不同，、和之间满足左手螺旋关系而不是右手螺旋关系。
但是在接下来的30多年里，并没有在实验中观察到理论所预言到的现象，所以左手材料并没有得到深入地研究。
直到1996年英国的皇家科学院院士J.B.Pendry把金属丝（Rods）均匀排列，电磁波射入金属丝阵列得到负的介电常数。
三年之后，他又利用开口的金属谐振环（SRR，Split ring resonator），在特定入射波的条件下又获得了负的磁导率。
2000年，美国的科学家D.R.Smith研究小组在Pendry等人研究的基础上，将SRR和Rods合理地组合起来，首次得到了同时具有负的介电常数和磁导率的物质，从此以后，越来越多的人投身到左手材料的研究热潮中，左手材料被“Science”杂志评为2003年度十大科技突破之一。
尤其是在最近几年来，左手材料的研究在理论和应用上都取得了显著的成绩。
并且逐渐改变着我们的生活。
2.左手材料的基本原理3.左手材料的结构设计因为至今在自然界并没有发现左手介质，目前人们在实验或者工程中用到的左手介质样品都是人为设计的，是一种复合材料。
左手材料的性质及研究动态
第16卷 第5期长 春 大 学 学 报Vol .16 No .5 2006年10月JOURNAL OF CHANGCHUN UN I V ERSI TY Oct .2006 文章编号:1009-3907(2006)05-0031-03收稿日期:2006-06-09作者简介:刘晓旭(1982-),男,黑龙江省绥化市人,哈尔滨师范大学物理系硕士生,主要从事凝聚态物理方面的理论研究。
左手材料的性质及研究动态刘晓旭,王选章(哈尔滨师范大学物理系,黑龙江哈尔滨 150080)摘 要:左手材料(也被称为负折射率材料)最早由前苏联科学家Veselag o 在20世纪60年代从理论上提出来的,是一种具有介电常数和磁导率同时为负值的材料,它具有诸如负相位速度,负折射率,理想成像,逆Dopp ler 频移及反常的Cerenkon 辐射等多种奇异的物理现象。
本文主要论述左手材料的性质并分析左手材料全新应用前景,简要介绍左手材料近年来的研究动态及发展前景。
关键词:左手材料;负折射率;非寻常折射中图分类号:O44116 文献标识码:B0 引 言左手材料是一种新颖奇异的材料,其通常也称负折射率材料,负折射率介质是一种重要的新型人工合成材料,不同于自然界存在和已有的人工合成材料,电磁波在这种材料中传播时,其电场、磁场传播方向遵循左手法则。
图1 介电常数ε和磁导率μ构造的材料空间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。
考虑波在低损耗介质中传播,此时介电常数ε和磁导率μ可以看作实数,根据ε和μ的正负取值,材料可以分为如图1所示的4类在自然界中,大部分材料位于1象限,根据M axw ell 方程,当一束平面波在位于象限Ⅰ的各向同性材料中传播时,波矢为实数,因此波可以在这种材料中传播,波在位于第Ⅱ和Ⅳ象限的介质中传播时,波矢为虚数,这时材料的耗散非常大,一般认为电磁波在该类介质中不能传播,因为这类材料对频率具有截止功能。
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同时实现介电常数和磁导率为负的H型结构单元左手材料作者：刘亚红， 罗春荣， 赵晓鹏， Liu Ya-Hong， Luo Chun-Rong， Zhao Xiao-Peng作者单位：西北工业大学电流变技术研究所,西安,710072刊名：物理学报英文刊名：ACTA PHYSICA SINICA年，卷(期)：2007,56(10)被引用次数：55次1.Veselago V G查看详情 19682.Liu L;He S L查看详情 20043.Eleftheriades G V;Iyer A K;Kremer P C查看详情 20024.Pendry J B;Holden A J;Stewart W J查看详情 19965.Pendry J B;Holden A J;Robbins D J;Stewart W J查看详情 19996.Shelby R;Smith D R;Schultz S查看详情 20017.Smith D R;Padilla W J;Vier D C;NematNasser S C Schultz S查看详情 20008.赵乾,赵晓鹏,康雷,张富利,刘亚红,罗春荣一维负磁导率材料中的缺陷效应[期刊论文]-物理学报 2004(7)9.康雷,赵乾,赵晓鹏二维负磁导率材料中的缺陷效应[期刊论文]-物理学报 2004(10)10.ZHANG Fu-li,ZHAO Qian,LIU Ya-Hong,LUO Chun-rong,ZHAO Xiao-peng Behaviour of Hexagon Split Ring Resonators and Left-Handed Metamaterials[期刊论文]-中国物理快报（英文版） 2004(7)11.Zhou X;Fu Q H;Zhao J;Yang Y Zhao X P查看详情 200612.Zhao X P;Kang L;Song J;Fu Q H查看详情 200513.Zhao X P;Zhao Q;Zhang F L;Zhao W Liu Y H查看详情 200614.Feng Z F;Zhang X D;Wang Y Q;Li Z Y Cheng B Y Zhang D Z查看详情 200515.Jiang H T;Chen H;Li H Q;Zhang Y W Zhu S Y查看详情 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