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左手材料研究进展* 周萧明 蔡小兵 胡更开† 北京理工大学理学院力学系, 北京 100081 摘 要 左手材料同时具有负介电常数和负磁导率, 它和电磁波的相互作用规律与传统材料有本质的区别. 本文首先综述了左手材料的设计与制备方法. 随后讨论了左手材料的一些相关问题, 其中包括能量定义、 等效参数的确定以及影响左手材料带宽的因素. 最后对左手材料在光子隧道效应和电磁波透明材料设计两 个方面的应用进行了介绍. 关键词 电磁波, 负介电常数, 负磁导率, 负折射, 左手材料, 超材料 收搞日期: * 国家杰出青年科学基金, 国家基础研究计划(2006CB601204)及国防基础科研项目资助 † E-mail: hugeng@bit.edu.cn 1 电常数为负而磁导率为正, 被归为图 1 中的第二象 1 引 言 限物质. 不考虑耗散时等离子体的介电常数可以简 电磁波由谐振的电场和磁场组成, 在电磁波与 单地表示为[3] 物质的相互作用中, 用物质的介电常数ε和磁导率 ω2 ep ε ε (1− ) ( 1) 0 2 µ来分别刻画电场和磁场与物质的相互作用过程, ω 于是自然界的物质可以根据 ε和 µ 的取值被分成 其中ε 是真空中的介电常数, ω 是等离子角频率, 0 ep 不同的类. ω是入射波角频率. 大气的电离层即是一种等离子 传统（右手）材料 体, 通讯信号能够传到很远的地方, 就是依赖于电 ε0, µ 0 ε 0, µ 0 离层对通讯波段的电波不具有传输能力, 因此被反 射回了地面. 对于 (−,−) 象限对应的物质, 可以发现ε和µ 的乘积仍然为正, 于是如 (+,+) 象限的物质一样, ε0, µ 0 ε 0, µ 0 波可以在这类物质中传播, 但与 (+,+) 象限的物质 左手材料 相比虽然波方程没有改变, 但 Maxwell 旋度方程有 所改变, 从而引起了物理性质上的根本变化, 该象 图 1 ε和µ构造的材料空间 限所对应的物质就是左手材料. 目前, 左手材料被 考虑波在低损耗介质内传播, 介质的材料参数 归为超材料的一种, 后者主要是指由人工合成的具 ε 和 µ 可以被