基于铁磁共振超材料研究进展.pdfVIP

2013 年 第 58 卷 第 19 期： 1785 ~ 1795 《中国科学》杂志社 自然科学基金项目进展专栏 评 述 SCIENCE CHINA PRESS 基于铁磁共振的超材料研究进展 ① ①* ② ③ 毕科 , 周济 , 赵宏杰 , 李勃 ① 清华大学新型陶瓷材料与精细工艺国家重点实验室, 北京 100084; ② 航天特种材料及工艺技术研究所, 北京 100074; ③ 清华大学深圳研究生院新材料研究所, 深圳 518055 * 联系人, E-mail: zhouji@ 2012-12-07 收稿, 2013-02-20 接受, 2013-06-06 网络版发表 国家自然科学基金和国家高技术研究发展计划(2012AA030403)资助 摘要 以左手材料为代表的, 具有超常介电常数和磁导率的介质材料(超材料) 已经成为材料领 关键词 域的研究热点. 目前, 大多数超常电磁介质都是基于复杂人工结构获得. 随着超材料的发展, 其 超材料 面临着加工技术的挑战以及物理学、材料学等方面的困难. 旋磁材料铁磁共振可实现本征负磁 左手材料 导率的现象为构造新型超材料提供了一个新方向. 基于铁磁共振的超材料具有磁场可调、结构 铁磁共振 负磁导率 简单等特点, 受到了越来越多的关注. 本文对铁磁共振原理进行了简单概述, 就结构复合情况 负介电常数 对基于铁磁共振的超常介质材料进行了归类划分, 并结合周济课题组的研究工作, 对几类主要 的旋磁材料基超材料中负磁导率和负介电常数的产生机理与实验成果进行了总结, 以期为超材 料的研究提供新的思路. 近年来 , 以左手材料和超隐身系统为代表的具 现负磁导率. 此后 , 美国加州大学 Shelby 等人[4]利用 有超常物理性质的新型电磁介质 (超常电磁介质 , 简 Pendry 提出的设计理念将金属线与 SRRs 阵列复合起 称超常介质)引起了人们的关注. 这种材料的构想起 来 , 制备出了 ε 和 μ 同时为负的左手材料, 验证了负 源于 1968 年前苏联物理学家 Veselago[1]提出的关于 折射现象 . Veselago 的设想终于被实验所证实, 并开 左手性物质的理论推测 . Veselago 指出, 当介电常数 始在超透镜、微波天线等领域获得应用 . 由金属线和 (ε)和磁导率(μ) 同时为负值时, 电场矢量、磁场矢量以 SRRs 复合而成的左手材料衍生出了许多具有不同形 及波矢之间不再遵循作为经典电磁学基础的右手定 状结构单元的左手材料 , 包括 Ω 型[5,6] 、S 型[7,8]和长 则 , 而呈现出左手关系. 这时 , 电磁波的玻印亭矢量 短棒左手材料[9]等, 表现出许多奇异的电磁传播特性. 的方向与波矢方向相反, 即相速度与群速度方向相 由于超常电磁介质奇异的物理性质及其在诸多领域 反 . 这种对基本物理学规律的颠覆带来了许多奇特