資料介紹
一、超材料概述
超材料(Metamaterial)是指自然材料通過人工手段加工設計后,具有自然材料所不具備的超常物理性質的人工復合材料或結構。通常,任意一種媒質的電磁特性可以通過介電常數(shù)ε和磁導率μ兩個宏觀物理量來描述。自由空間的介電常數(shù)和磁導率分別用 ε0和μ0表示(ε0和μ0均大于零),而對一般物質:ε=ε0εr,μ=μ0μr,其中εr表示相對介電常數(shù),μr表示相對磁導率,媒質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電場、磁場與波矢量方向滿足右手螺旋關系,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中傳播時相位常數(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電場、磁場與波矢量方向滿足左手螺旋關系,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。也就是說絕大部分的媒質需要通過“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,不過狹義的超材料通常是指左手材料。

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