資料介紹
一、超材料概述
超材料(Metamaterial)是指自然材料通過(guò)人工手段加工設(shè)計(jì)后,具有自然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合材料或結(jié)構(gòu)。通常,任意一種媒質(zhì)的電磁特性可以通過(guò)介電常數(shù)ε和磁導(dǎo)率μ兩個(gè)宏觀物理量來(lái)描述。自由空間的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率分別用 ε0和μ0表示(ε0和μ0均大于零),而對(duì)一般物質(zhì):ε=ε0εr,μ=μ0μr,其中εr表示相對(duì)介電常數(shù),μr表示相對(duì)磁導(dǎo)率,媒質(zhì)的折射率則被定義為 。根據(jù)ε和μ取不同的值,可以把材料空間分為四個(gè)象限,如圖1所示。第一象限(ε﹥0,μ ﹥0)表征的是自然界中的一般性材料,也稱為右手材料,電磁波在這種材料中傳播時(shí)電場(chǎng)、磁場(chǎng)與波矢量方向滿足右手螺旋關(guān)系,能量與相位的傳播方向相同(前向波);第二象限(ε﹤0,μ﹥0)表征的是等離子體材料,第四象限(ε﹥0,μ﹤ 0)表征的是鐵氧體材料,由于電磁波在這兩種媒質(zhì)中傳播時(shí)相位常數(shù)為虛數(shù),因此這兩種材料都只存在倏逝波;第三象限(ε﹤0,μ﹤0)表征的是左手材料,電磁波在這種材料中傳播時(shí)電場(chǎng)、磁場(chǎng)與波矢量方向滿足左手螺旋關(guān)系,能量與相位的傳播方向相反(后向波)。
自然界中的一般性媒質(zhì)只占到了第一象限的一部分,等離子體和鐵氧體也僅占了第二象限和第四象限中少有的幾種,而第三象限(ε﹤0,μ﹤0)中的左手材料在自然界根本不存在。也就是說(shuō)絕大部分的媒質(zhì)需要通過(guò)“超材料”的方法獲得,包括所有的左手材料和大部分的右手材料,不過(guò)狹義的超材料通常是指左手材料。
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