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左手材料的研究进展及应用左手材料研究进展及应用左手材料,指的是介电常数(ε)和磁导率(μ)都是负数的材料(物质).在自然界中,所有物质的介电常数(ε)和磁导率(μ)都是正数.左手材料这种新型材料的非常之处,在于其负的介电常数和磁导率使得主导普通材料行为的许多物理特性产生逆变. 左手材料有时也被称作”异向介质”,”负折射系数材料”. 迄今为止,我们在自然界中见到的都是右手材料,右手规则一直被认为是物质世界的常规.但是,在左手材料中,电磁波的电场,磁场和波矢却构成左手关系.这也是这种材料被称为"左手材料"的原因.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,根据电磁学理论,可以推断出它有很多奇异的物理特性.由于这个学期正在学习电磁场,电磁场的数学基础和这种反常自然界物质的神奇特性让我非常感兴趣.虽然阅读了较多的文献,不过很多理论还是不能理解.不过,我理解的那一部分已经受益匪浅了.比如,人的大脑要有创新精神,敢于突破常规,虽然右手规则是统治自然界物质的普遍规律,在我们的脑海中,也根深蒂固的有ε和μ同时>0的概念,不过,只要敢于想,敢于创造,这种突破自然界常规的物质LHM(left hand material)就可以发挥出它巨大的功能.一.左手理论的起源和发展1967年，前苏联物理学家Veselag。
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材料，同时指出，电磁波在左手材料中的行为与在右手材料中相反，比如光的负折射、负的切连科夫效应、反多普勒效应等等。
这篇论文引起了一位英国人的关注，1968年被译成英文重新发表在另一个前苏联物理类学术刊物上。
但几乎无人意识到，材料世界从此翻开新的一页。
左手材料的研究发展并不是一帆风顺。
在这一具有颠覆性的概念被提出后的30年里，尽管它有很多新奇的性质，但由于只是停留在理论上，而在自然界中尚未发现实际的左手材料，所以，这一学术假设并没有立刻被人接受，而是处于几乎无人理睬的境地，直到将近本世纪时才开始出现转机。
左手材料漫谈邓苏南李理左手材料是近年来国际物理学和电磁学的一个研究热点，是一个全新的领域。
众所周知，介质的电磁特性可以用介电常数ε和磁导率μ这两个宏观参数来描述。
对于通常介质ε>0, μ>0时，电场、磁场和波矢量之间满足右手螺旋关系，称为右手材料；而对于ε<0, μ<0 的介质，电场、磁场和波矢量之间则满足左手螺旋关系，这样的介质被称为左手介质，或左手材料。
在左手材料中能量与相位的传播方向是相反的，且左手材料还必须是色散的。
由于左手材料突破了传统电磁场理论中的一些重要概念，它表现出许多新奇的电磁特性。
本文简要分析了左手材料的一些电磁特性，并结合左手材料的研究现状，对左手材料的发展进行了介绍，并对其发展前景进行了展望。
一、左手材料的发展历程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。
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”。
有损耗左手材料电波传播特性的FDTD分析物理学中,介电常数ε和磁导率μ是描述介质中电磁场性质最基本的两个物理量。
在已知的物质世界中,对于普通的电介质而言,介电常数ε和磁导率μ都为正值,电场、磁场与波矢三者构成右手螺旋关系,这样的物质被称为右手材料(Right-Handed Materials,RHM)。
所谓的左手材料(Left-Handed Materials,LHM)是指介电常数ε和磁导率μ同时为负的介质材料,也常被称为双负介质(Double Negative Materials,DNG),其特点是电场、磁场与波矢三者构成左手螺旋关系。
左手材料是近年来国际物理学和电磁学的一个研究热点,其概念最初由前苏联物理学家Veselago 于1968年提出并做了大量的理论性研究,指出了左手材料具有诸如负折射效应、逆多普勒效应等许多奇异的电磁特性,但由于自然界中没能发现ε和μ同时为负数的介质材料存在,所以他的研究结果在很长一段时间一直没有得到实验验证,也没能激起人们更多的兴趣。
1999年,英国皇家学院Pendry等人相续提出了用周期性排列的金属棒和开口金属谐振环可以在微波波段分别产生等效负介电常数和等效负磁导率的思路,并提出了左手材料具有“完美透镜”特性的概念。
2021年,美国加州大学圣迭哥分校物理学家Smith教授等人首次成功地通过人工方法构造出了这种自然界中并不存在的材料,并且利用此介质进行了电波传播实验,通过实验观察到了负折射等一系列左手材料中电波传播的特殊现象。
这些研究成果在国际上引起了很大的反响,激起了更多学者对左手材料在各个领域可能产生的应用前景进行了深入的思考和研究,而电磁波在该材料中的传播特性显然是研究的重要课题。
目前,物理光学方法、矩量法、时域有限差分法(FDTD)、高低频混合方法等各种数值分析方法纷纷被用来仿真和分析左手材料中电磁波的传播特性[4-5],其中,时域有限差分法(FDTD)特别是基于Drude模型的FDTD方法是比较方便和有效的一种[3,6]。
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）。
材料对电磁波透波性能的影响研究引言：电磁波是日常生活中无处不在的物理现象。
我们所使用的手机、无线电、电视等设备都利用了电磁波的传输和接收。
然而，电磁波与材料之间的相互作用常常被忽视。
本文将探讨不同材料对电磁波透波性能的影响，并讨论这些发现可能对现有技术和未来发展产生的影响。
1. 材料的介电常数对电磁波透波性能的影响：材料的介电常数是指材料在电场作用下的响应程度。
具有不同介电常数的材料对电磁波的透波性能有着显著影响。
例如，金属是一种导电材料，其介电常数较低，因此金属可以对电磁波进行吸收和反射，而很少透过。
相比之下，绝缘材料的介电常数较高，使其对电磁波具有更高的透过性。
2. 材料的厚度对电磁波透波性能的影响：除了介电常数，材料的厚度也对电磁波的透波性能产生影响。
在某些情况下，增加材料的厚度可能会导致电磁波的衰减，从而减少其透过性。
这是因为电磁波在材料中传播时会与材料中的原子和分子发生相互作用，从而导致能量损失和衰减。
然而，厚度增加到一定程度后，电磁波的衰减将趋于饱和，材料的厚度对透波性能的影响将变得较小。
3. 材料的频率选择性对电磁波透波性能的影响：除了介电常数和厚度，材料的频率选择性也对电磁波透波性能产生影响。
某些材料对特定频率的电磁波有着较高的透过性，而对其他频率的电磁波则具有较高的反射率。
这种频率选择性可以通过材料的晶格结构和分子振动来实现。
4. 材料的结构对电磁波透波性能的影响：材料的结构也对电磁波的透波性能产生重要影响。
有序结构的材料，如晶体和纳米结构材料，通常对电磁波的透过性能具有特殊性。
这是由于这些材料中的周期性排列使得电磁波的传播受到限制和调制，从而产生了一系列特殊的传播现象，如光子带隙和表面等离子体共振。
结论：材料对电磁波透波性能的影响是多方面的，包括介电常数、厚度、频率选择性和结构等。
对这些影响进行深入研究有助于我们理解电磁波与材料相互作用的基本原理，并为应用领域的技术发展提供有益的指导。
左手材料偏振特性的研究的开题报告
题目：左手材料偏振特性的研究
研究背景：
随着人类对光学现象的认知深入，对材料的光学性质也越来越重视。
其中，材料的偏振特性是很关键的一个方面。
传统的偏振器是利用普通
材料的光学性质实现的，但是这种方式存在一定的限制，因为只有偏振
光沿着光晕方向才能够通过偏振器。
而且，普通的材料无法制造出偏振
光在左手系中能够传播和衍射的材料。
因此，左手材料的研究与应用成
为了光学领域的热点问题。
研究目的：
本研究旨在探究左手材料的偏振特性。
通过制备一系列的左手材料
样品，并利用实验手段研究它们的光学性质与偏振特性。
其中，重点研
究左手材料对电磁波的反射、透射和散射等现象，并将其与传统材料进
行对比。
研究方法：
本研究将采用理论计算和实验验证相结合的方法。
首先，利用量子
力学等相关理论计算出左手材料的光学性质。
其次，制备左手材料样品，通过光学测量装置对它们的偏振特性进行实验验证，并进行数据分析和
理论模拟。
研究意义：
研究左手材料偏振特性对于拓展偏振器的应用范围和提高光学器件
的效率具有重要意义。
另外，对于深入了解材料本质以及光学现象的本
质也有一定的促进作用。
预期结果：
通过研究左手材料的偏振特性，我们预计可以得出一系列有关材料反射、散射和透射的新特性，这些特性将拓宽我们对光学现象的认知。
同时，也有望为传统的偏振器提供一种有效的替代方案。
