左手材料-2009-8-24

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。
从图二可以看到:左手材料的透射功率沿 [10],[11],[01]三个方向并不完全重合,这意味着上述 LHM并不是各向同性的(isotropic)。原因在于上述 左手材料在组装时存在一些误差,而SRR的共振频 率对材料参数的微小变化极端敏感。 比较图一和图二,可以发现在频率10.3-11.1GHz之间 出现了透射功率, 且数值仿真结果和透射实验数据 吻合较好。用转移矩阵法计算得到的LHM和SRRs 透射功率如图四所示. 比较图三和图四, 可以看到:理论计算结果与实验数 据吻合较好.这4个图说明在频率10.3-11.1GHz之间, 按上述方法所制备的材料的确为左手材料(LHM).
3、左手材料纳米天线



纳米天线是由纳米金属线和圆环组成，具有等 离子体效应，能对光子进行直接操纵，引导光 无损耗的绕过拐角，由光子取代电子来完成电 子线路的基本功能。 因为纳米天线可用于制造新颖光子器件，如带 通滤波器、调制器、固态天线和体积小、速度 快的芯片和电子计算机。 红外波段磁响应的实现可应用于生物安全成像、 生物分子指纹识别、遥感、可视度极底的天气 下的导航、微型谐振腔、可调透镜、隔离器等。
所谓的Goos-Hänchen位移是指当光波在两种介质的分界面 处发生全反射时，反射光束在界面上相对于几何光学预言 的位臵有一个很小的侧向位移，且该位移沿光波传播的方 向。 光波s分量和p分量的Goos-Hänchen位移大小为

再利用材料内部的欧姆损耗和介质损耗实现 对电磁波的强烈吸收。
该吸波材料的厚度可以仅有 1/35 的工作
波长，在 GHz 窄频段内能实现接近 100%的 吸收率。
Landy N I, Sajuyigbe S, Mock J J, et al. Perfect metamaterial absorber[J]. Physical Review Letters, 2008, 100(20):207402.
(m2 ) (dBsm) 10lg 2 1(m )
RCS缩减10dB意味着减少了90%的散射功率，返回的只剩1/10，极大地降低了目 标被探测到的可能性。
Part Two
心得体会
✿整理雷达方程可得雷 达最大作用距离为
R max
Pt G t G r 2 1/ 4 [ ] 3 (4) Pmin
Partபைடு நூலகம்One
1.4 新型人工电磁表面的优势 (Metasurface)
新型人工电磁材料是通过控制材料的介电常数与磁导率来实现奇异的物理特 性，而根据广义的反射和折射定律，新型人工电磁表面能够通过谐振单元引入相 位突变，控制表面不同位置的折射或反射相位来实现空间电磁波的调控，因而设 计更加方便灵活。广义反射和折射定律的理论一经提出，迅速引起了世界范围内 的关注。 新型人工电磁表面凭借着独特的物理性质，在操纵电磁波的幅度、相位、极 化、波态、方向等方面展示出自由灵活的优越性，为新型人工电磁材料的发展注 入了新的活力，在新型电磁隐身、微波和太赫兹器件、光电子器件等诸多领域具 有广阔的发展前景。
Part Two
2.3.3 地幔斗篷(Mantle cloaks）
地幔斗篷的概念由 Andrea Alu 在 2009 年首次提出。该方法使用超薄共形的新型人 工电磁表面覆盖隐身目标，通过调整表面单 元的形状和尺寸，合成有效的平均表面阻抗, 来调节新型人工电磁表面上的表面电流。斗 篷上产生反相的散射场与隐身目标的散射场 产生相消干涉，因此减少了整个系统的可见 性。 对于不同的隐身目标，都需要特殊设计 外部的隐身罩，一定程度限制了其在隐身中 的实际应用。

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

一
、
研 究 概 况
ＬＨＭ ｓ 是近年来国际物理 学和电
学等 单位 均有科学 家先行涉足这一领 域 的研 究 。 中国国家 自然 科学基 金 委
将左手材料和负折射效 应的研究 列入
了 ２ ０ 年 重 点 交 叉 项 目指 南 中， 在 ０５ 并
磁 学一 个全 新 的研 究领域 。 目前 如何
由于空 间通信 与微 波（ 频） 射 武器
等 领域 对 天 线 的要求 日益 提 高， 因此 要求 天线 具 有 高定 向性， 以确保 通 信
的 保 密 性 和 高 效 性 ； 求 低 质 量 ， 具 要 以
完 成 ， 获 得 具 有 自主 知 识 产 权 的 将 左 手材 料 和 电调 波 束 扫 描 天 线 等方 面 的应用 器件 ， 进 外 场对体 系 电磁 促 性 能 的调 控 和 亚 波长 金 属微 结 构测
及 在 强 色散 体 系 中静 态 和 动态 的 电
磁 模拟仿真系统 ， 获得 非 均 匀 左 手 材 料 在 平 面 高 方 向性 天 线 、 间 飞 空 行 器 天 线罩 及 电调 波 束 扫 描 天 线 中
的应 用 。
二 用现 状 应
随着对左 手材料制备和物理特 性
等研 究的 深入 ， 科学 家们已经 开始 尝 试研 究开发 左 手材料 的 市场 应用。 目 前， 因为 红 外及 可见 光 波段 左 手材 料 的制备 技术 还 不成熟 ， 以 左手材 料 所 的市场应 用研 究 集 中在微 波 波段 ， 特 别 是用 在 天 线及 射 频 武 器 领域 。 ３ 表 列 出了左 手材料的 已知应用领域 。
提 高 Ｌ Ｍ 能 ， 计 一 种 性 能 稳 定 、 ｓ Ｈ 性 设