左手性材料研究进展

左手材料的性质及应用在自然界中，介质的介电常数ε和磁导率μ是描述物质基本电磁性质的两个重要参数，这两个参数决定着电磁波的传播特性。

当介质的介电常数和磁导率都为正值时，根据电磁波理论可知介质中的电场、磁场和电磁波传播常数(E、H、k)三者之间构成右手螺旋关系，所以这类物质被称为右手材料(right一handed materials，RHMs)。

而左手材料是指介电常数和磁导率同时为负数的材料，在这种介质中，电场、磁场和电磁波传播常数三者之间构成左手螺旋关系。

这是一种新颖奇异的材料,其通常也称负折射率材料。

一、左手材料的发展历史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”。

2003年美国Parazzoli C G等人及Houcl等人同时分别进行了一系列成功的实验工作，样品实验的数据与模拟计算非常吻合，都晰而显著地展示出负折射现象；且在不同入射角下测量到的负折射率是一致的，完全符合Snell定律，证实了左手材料的存在二、左手材料的性质材料与电磁波的相互作用主要体现在材料的介电常数ε和磁导率μ这两个物理参数上。

负折射率材料一、负折射率材料历史及研究现状负折射率材料(NIMs，Negative index materi—als)是指一种介电常数e 和磁导率同时为负值的材料，具有负群速度、负折射效应、逆多普勒效应、逆切仑科夫辐射、理想成像等异常的物理性质。

这种被称为负折射率材料(“左手材料”)的人工复合材料在固体物理、材料科学、光学和应用电磁学领域内开始获得愈来愈广泛的青睐，对其的研究正呈现迅速发展之势。

负折射率材料的这些异常特性，使其在固体物理、材料科学、光学和应用电磁学领域获得愈来愈广泛的青睐，世界各国对其的研究正呈现迅速发展之势。

到目前为止，负折射率材料已经在微波、太赫兹波、红外以及可见光波段被证实，并已经开始进行应用领域的研究与探索。

这种负折射率系数介质的人工复合材料在理论与实验上引起了广泛关注。

早在1967年Veselago首先研究了这种负折射率系数材料(1eft—handed media)，他用方程证明这种材料具有负的光学折射率。

由于传统材料的折射率为正数，我们通常称这种材料为正折射率材料。

负折射率材料具有一些奇特的光学与电磁学性质，比如Doppler效应与Cherenkov辐射的逆转、交界面上的反常折射、原子自发辐射率的特殊改变等现象在负折射率材料中都会出现。

电磁波在这种材料中的传播特性与在一般材料中相比有很大的不同。

负折射率材料的出现，颠覆了～般材料中所普遍遵循的“右手规律”。

而它的出现却是源于上世纪60年代前苏联科学家的假想。

物理学中，介电常数e和磁导率p是描述均匀媒质中电磁场性质的最基本的两个物理量。

在已知的物质世界中，对于电介质而言，介电常数e和磁导率u都为正值，电场、磁场和波矢三者构成右手关系，这样的物质被称为右手材料(right-handexlmalefials，RHM)。

这种右手规则一直以来被认为是物质世界的常规，但这一常规却在上世纪60年代开始遭遇颠覆性的挑战。

1968年，前苏联物理学家Veselago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e和肛都为负值时，电场、磁场和波矢之间构成左手关系。

超材料的发展及国内外研究现状目前，国际上学者将由人工设计的、具有特异电磁性质的结构安排制备形成的材料统称为超材料(metamaterial)。

近年来人们对这种超材料特别感兴趣，原因在于这种超材料结构的周期长度远小于电磁波波长，有利于器件的小型化和集成化，这是普通的光子晶体无法比拟的。

超材料有单负材料(single-negative materials：SNG)和双负材料(double．negative materials：DNG)两种。

把介电常数和磁导率均为负的材料称之为DNG，即左手材料(1eft．handed materials：LHMs)；把介电常数和磁导率仅有一者为负的材料称之为SNG。

相应地将同时具有正介电常数和正磁导率的材料称为双正材料(double positive materials：DPS)即右手材料(right handed materials：RHMs)。

左手材料的基本理论及国内外研究现状介电常数ε和磁导率μ是用于描述物质电磁性质的最基本的两个物理量，它们决定了电磁波在物质中的传播特性。

对一般电介质而言，介电常数ε和磁导率μ都是非负的常数。

由Maxwell方程组可知，在ε和μ都为正值的物质中，入射电磁波的电场、磁场和波矢(相位传播方向)三者构成右手关系，这样的物质被称为RHMs。

迄今为止在自然界见到的都是RHMs。

然而，前苏联物理学家Veselago[1]在1968年提出，当ε和μ同时为负值时，Maxwell方程依然成立，电磁波仍然可以在这种“双负材料”中传播。

由于在这种材料中电场强度、磁场强度与波矢之间构成左手关系，故Veselago称这种材料为左手材料(LHMs)同时也称双负材料(DNG)。

LHMs有时也被称为负折射率材料(negative inedex ofrefraction materials：NIR materials)。

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，电磁学理论与后来的实验结果都证实它有很多奇异的特性，比如负折射效应、完美透镜效应[2]、逆切伦柯夫辐射效应、反多普勒效应[3]等。

手性化合物的合成和分离方法研究进展摘要：手性问题与我们的生活密切相关，它涉及到生命、动植物、药物、食品、香料、农药等诸多领域，本文介绍了手性化合物的一些用途，合成和分离方法及发展方向。

手性化合物的制备已成为当前国内外较热门的研究课题之一。

本文从非生物法和生物法两个方面较全面地综述了手性化合物的制备方法, 希望为相关研究者提供参考。

关键词：手性化合物；手性药物；制备；生物合成1.1用途手性化合物(chiral compounds)是指分子量、分子结构相同，但左右排列相反，如实物与其镜中的映体。

人的左右手、结构相同，大姆至小指的次序也相同，但顺序不同，左手是由左向右，右手则是由右向左，所以叫做“手性”。

也就是指一对分子。

由于它们像人的两只手一样彼此不能重合，又称为手性化合物。

判断分子有无手性的可靠方法是看有没有对称面和对称中心[1]。

手性问题与我们的日常生活密切相关。

天然存在的手性化合物品种很多，并且通常只含有一种对映体，手性问题还牵涉到农业化学、食品添加剂、饮料、药物、材料、催化剂等诸多领域。

它的研究已经成为科学研究和很多高科技新产品开发的热点。

在过去20年里，手性研究具有戏剧性的发展，已从过去的少数几个专家的学术研究发展到大面积科学研究的需要，在一些领域并已带来了巨大的经济效益。

物质的手性已经变成越来越需要考虑的问题，其对我们的日常生活正在起到越来越重要的作用。

手性化合物主要从天然来源、不对称合成和外消旋体拆分3个方面得到。

由天然来源获得手性化合物，原料丰富，价廉易得，生产过程简单，产品的纯度一般都较高，因此很多量大的产品都是从天然物中获得。

在药物工业中由于对手性药物的要求不断增加，其大大激发了不对称有机合成的发展，使一些生物技术、生物催化剂也迅速扩展到该领域产生纯的的手性中间体和手性产品[2]。

1．生物制药在合成中引入生物转化在制药工业中已成为关键技术。

如Merck公司开发的酰胺酶抑制剂西司他丁的生产就是一个实例。

手性化学的研究进展手性化学是近年来在化学领域中备受关注的一个研究方向，它研究的是具有手性的分子和它们在自然界中发挥的作用。

手性化学的研究对于生命科学、药学、材料科学等领域都有着重要的意义，因此一直以来都受到了广泛的关注。

本文将就手性化学的研究进展进行较为全面的阐述。

一、手性化学的概念手性化学指的是带有手性的化学物质研究。

在自然界和科学研究中，手性是非常常见的现象。

例如，人类右手和左手就具有明显的手性区别，许多生物分子、药物、高分子以及有机化合物也具有手性。

手性化学研究的重点就是研究这些带有手性的化学物质的性质和作用。

二、手性化学的应用1. 生命科学在生命科学中，手性化学的应用非常广泛。

生命体系中存在大量手性化合物，如葡萄糖、氨基酸、核酸等。

对于一些手性分子，它们的同构异构体会产生完全不同的生物学效应，手性的诸多生物学意义备受关注和研究。

例如，药物的效果可能与其立体异构体的结构有密切关联，而生物体对于这些立体异构体的处理方式也是不同的。

2. 药物化学在药物研发中，手性化学也有着十分重要的应用。

在世界范围内，超过50％的拟药物分子都是手性分子，其立体异构体之间在药理学、代谢学和毒理学上的差异会极大地影响其作用和效果。

因此，在药物研发过程中，必须考虑到药物分子的手性性质来寻找其最优立体异构体。

3. 材料科学手性化合物在材料科学中也具有重要的应用。

手性分子的手性样式。

带来了不同的物理和化学性质，像电学和光学性质，其中一些经常用于材料的制备和性能调控。

例如，具有手性结构的分子在光学方面具有重要的应用，它们可以用于制备手性薄膜、手性晶体以及光学传感器等。

三、 1. 手性配体的研究在手性化学中，手性配体可以说是研究的重点之一。

手性配合物由手性配体和金属离子组成，固然具有手性。

手性配体重要性体现在：1)配体的手性性质能够影响它与金属离子之间的相互作用，进而影响配位体合成物的空间结构和性质；2) 手性配体可以作为光学检测器或荧光传感器将手性剂与达到非常低的检测限度联系起来。

左手材料的研究概述【摘要】随着研究的深入，左手材料的相关理论不断得到完善，应用逐渐深入，左手材料的物理特性也得到了优化。

本文对左手材料的发展历史，基本原理，区别于传统材料的特性和最近的结构设计进展作了简要的介绍。

【关键词】左手材料；负折射；负磁导率1.引言左手材料（Left handed material），作为一种自然界至今并未发现，人工合成的周期结构复合材料（A composite or structured material that exhibits properties not found in naturally occurring materials or compounds）。

是由前苏联物理学家Mandelshtam于1940年最初提出的。

而Veselago于1968年在文章中[1]，根据Maxwell方程组，分析了电磁波在其中传播时，与常规介质不同，、和之间满足左手螺旋关系而不是右手螺旋关系。

但是在接下来的30多年里，并没有在实验中观察到理论所预言到的现象，所以左手材料并没有得到深入地研究。

直到1996年英国的皇家科学院院士J.B.Pendry把金属丝（Rods）均匀排列，电磁波射入金属丝阵列得到负的介电常数。

三年之后，他又利用开口的金属谐振环（SRR，Split ring resonator），在特定入射波的条件下又获得了负的磁导率。

2000年，美国的科学家D.R.Smith研究小组在Pendry等人研究的基础上，将SRR和Rods合理地组合起来，首次得到了同时具有负的介电常数和磁导率的物质，从此以后，越来越多的人投身到左手材料的研究热潮中，左手材料被“Science”杂志评为2003年度十大科技突破之一。

尤其是在最近几年来，左手材料的研究在理论和应用上都取得了显著的成绩。

并且逐渐改变着我们的生活。

2.左手材料的基本原理3.左手材料的结构设计因为至今在自然界并没有发现左手介质，目前人们在实验或者工程中用到的左手介质样品都是人为设计的，是一种复合材料。

第16卷　第5期长　春　大　学　学　报Vol .16　No .5　2006年10月JOURNAL OF CHANGCHUN UN I V ERSI TY Oct .2006　文章编号:1009-3907(2006)05-0031-03收稿日期:2006-06-09作者简介:刘晓旭(1982-),男,黑龙江省绥化市人,哈尔滨师范大学物理系硕士生,主要从事凝聚态物理方面的理论研究。

左手材料的性质及研究动态刘晓旭,王选章(哈尔滨师范大学物理系,黑龙江哈尔滨　150080)摘　要:左手材料(也被称为负折射率材料)最早由前苏联科学家Veselag o 在20世纪60年代从理论上提出来的,是一种具有介电常数和磁导率同时为负值的材料,它具有诸如负相位速度,负折射率,理想成像,逆Dopp ler 频移及反常的Cerenkon 辐射等多种奇异的物理现象。

本文主要论述左手材料的性质并分析左手材料全新应用前景,简要介绍左手材料近年来的研究动态及发展前景。

关键词:左手材料;负折射率;非寻常折射中图分类号:O44116 文献标识码:B0　引　言左手材料是一种新颖奇异的材料,其通常也称负折射率材料,负折射率介质是一种重要的新型人工合成材料,不同于自然界存在和已有的人工合成材料,电磁波在这种材料中传播时,其电场、磁场传播方向遵循左手法则。

图1　介电常数ε和磁导率μ构造的材料空间材料与电磁波的相互作用主要体现在材料的介电常数ε和磁导率μ这两个物理参数上。

考虑波在低损耗介质中传播,此时介电常数ε和磁导率μ可以看作实数,根据ε和μ的正负取值,材料可以分为如图1所示的4类在自然界中,大部分材料位于1象限,根据M axw ell 方程,当一束平面波在位于象限Ⅰ的各向同性材料中传播时,波矢为实数,因此波可以在这种材料中传播,波在位于第Ⅱ和Ⅳ象限的介质中传播时,波矢为虚数,这时材料的耗散非常大,一般认为电磁波在该类介质中不能传播,因为这类材料对频率具有截止功能。