左手材料简介.pptxVIP

一、左手材料概念1、左手材料概念的提出左手材料就是介电常数ε0、磁导率μ0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.命名缘由：当平面电磁波在ε和μ同时为负值的材料中传播时，电磁波的电场矢量E、磁场矢量H和波矢量k之间服从左手螺旋定则，因此将这类材料命名为左手材料（LHMs），相应把遵循右手螺旋定则的材料命名为右手材料（right-handed materials，RHMs）。如果媒质的介电常数和磁导率均为负数的话(左手材料),媒质因具有负折射率而会表现出很多奇特的性质,如反多普勒效应、反Snell定律、反切伦柯夫辐射。1996年，Pendry等首次制备出这个亚观的左手材料。宏观理解左、右手材料2、理论分析在第一象限中,ε0,μ0,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(ε0,μ0),如等离子体及位于特定频段的部分　金属.当ε0,μ0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ε0,μ0,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。第三象限中的材料,其ε0,μ0,因而折射率n也为实数. 但与第一象限中材料的电磁波传播性质完全不同.在第三象限的材料中,电磁波的波矢和能流方向是反平行的,也就是说电磁波的群速和相速是反平行的.在ε0,μ0,MAXWELL方程仍然允许电磁波在材料中传播,但此时材料的折射率n却必须取负值。总之,电磁波只能在折射率为实数的材料中传播.若ε和μ中只有一个为负值，则折射率为虚数,电磁波在材料中将由于只存在消逝波解而不能传播.若材料的ε和μ均小于零时,电磁波在材料中是可以传播的,但材料的折射率必须取负值,且电磁波的群速和相速反平行.电磁波在( a) 右手材料( b) 左手材料中之电场、磁场、波向量与能量流密度方向之间的向量关系二、左手材料的样品制备2.1微波段左手材料的制备 1996至1999年，英国帝国理工学院的J. B. Pendry等人相继提出理论模型，可以采用周期性排列的金属直导线（wires）和开口谐振环（split ring resonators，SRRs）来分别实现材料的负介电常数和负磁导率。在印刷电路版材料(FR4 fiberglass,0.25mm thick环氧玻璃纤维介质基板，介电常数4.65)上，使用集成电路工艺（印刷版刻蚀技术）制造出左手材料条带.条带上的铜层厚度为0.03mm,条带上的铜导线和SRR粘印刷电路版材料的不同面上,并且在条带上开出小槽.将这些左手材料条带沿小槽组装起来,即可得到图二所示的二维左手材料。左手材料结构单元一维左手材料和二维左手材料2.2红外、可见光波段左手材料采用微结构单元替代磁性材料中的原子和分子可实现高频磁响应。Yen等采用光刻蚀技术（photoproliferated process）加工制备了结构单元为30μm左右的铜SRRs阵列，制备的不同系列的SRRs样品的几何参数为：线宽4μm或6μm，内外环间距2μm或3μm，外环边长分别为26μm，32μm，36μm，晶格常数分别为36μm，44μm，50μm。SRRs的材质为铜，厚度为3μm，其基板为400μm微米厚的石英。THz磁响应样品示意图 100THz单谐振环磁响应样品2.3光子晶体实现左手材料理论研究表明银纳米线光子晶体可实现近红外波段的负折射效应，Berrier利用化学辅助离子束刻蚀技术在低折射率的InP基底中打出了半径125nm，晶格常数为480nm的空气柱光子晶体，首次实现了光子晶体红外波段（1480nm）的负折射平板聚焦。Shuang Zhang等人还在玻璃基板的两面60nm厚的AL2O3的电解质层上沉积30nm厚的Au，然后在上面打直径为360nm，周期为838nm的洞，在2μm实现了负折射率。 Berrier实验中的光子晶体成像Shuang Zhang实验样品图 三、左手材料的性质Veselago的理论研究表明，左手材料具有如下奇特性质。3.1负折射率效应　由n1sinθ1=n2sinθ2可知：（a）n10, n20时，θ20，即入射光线位于介面法线的两侧；（b） n10, n20时， θ20，那么入射光线与折射光线位于介面法线的同侧。2、反多普勒效应若光源发出频率ω0 的光,而侦测器以速度v 接近光源时,在一般介质之中侦测器所接收到的电磁波频率将比ω0 高,而在左手材料中, 因为能量传播的方向和相位传播的方向正好相反, 所以如果二者相向而行,观察者接收到的频率会降低,则会收到比ω0低的频率,反之则会升高,从而出现反多普勒效应。3、左手材料的二次汇聚作