左手材料的性质及研究动态

左手材料(也被称为负折射率材料)最早由前苏联科学家Veselago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Doppler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。     

特异材料与卡西米尔(Casimir)效应

对平板结构情况下卡西米尔(Casimir)效应的理论研究进展进行了综述, 特别对排斥型卡西米尔力的研究做了较详细的介绍. 随着近年来特异材料(metamaterlas)研究与制备技术的快速发展, 人们可以通过人工电磁微结构对材料的电磁特性进行控制, 从而为获取卡西米尔排斥力以及回复力创造了条件. 相关基础研究的成果将在微纳机电系统方面具有广阔的应用.     

Reflection behaviors of negative permeability metamaterials in X-band

We experimentally investigate the reflection behaviors of negative permeability metamaterials (NPMs) consisting of a periodic array of copper hexagonal split ring resonators (SRRs). Results show that, for the two-dimensional (2-D) NPMs samples, a reflectivity peak with the height of 10 dB appears near the resonance frequency, and the reflectivity is remarkably weak on both sides of the transmission gap; the reflection behaviors of 3-D samples similar to that of the 2-D ones are strongly affected by the lattice constants; the reflection phase increases with the frequency, and an inflexion exists at the resonance frequency of 2-D samples.     

单轴各向异性左手介质填充波导截止特性的FDTD分析

给出用时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)法分析单轴各向异性左手介质填充波导问题的差分公式.为验证递推公式的正确性和有效性,计算了各向同性左手介质填充矩形波导TE模归一化截止频率,计算结果与文献报道吻合较好;分析了介质厚度以及介质的相对磁导率对部分各向同性及各向异性左手介质填充矩形波导TE模归一化截止频率的影响.     

用惠更斯作图法研究左手材料的负折射现象

针对理解电磁波在左手材料中的传播特性,在详细分析了该介质中电磁波波矢量k的方向、大小和坡印廷矢量s之间关系的基础之上,根据电磁场理论探讨了电磁波在右手、左手材料分界面上的反射和折射(各介质都是各向同性的)现象。并运用惠更斯作图法解释了电磁波由右手材料穿越左手材料时的负折射现象。指出发生负折射现象的根本原因是由于电磁波在左手材料中传播时其波矢量与坡印廷矢量的方向相反。     

基于铁磁介质的左手材料

 超材料是近十几年来国际研究的热点,其中介电常数和磁导率同时为负数的左手材料是最典型一类代表,具有反向波、负折射系数等反常物理特性。左手材料虽然物理本质是等效连续介质,但实际上都是各种人工金属结构,物理特性决定于结构参数而非组成材料的特性。直接利用功能材料的本征物理特性产生负电磁参数进而获得左手特性,可以大大丰富左手材料的物理特性,并且将其跳出超材料设计的范畴,是左手材料领域中的特色研究领域。其中,基于铁磁介质的左手材料近年来已有较多研究。本文对基于铁磁介质的左手材料的研究进展做一综述。     

超材料的新应用:调控Casimir力

 随着微机电系统（MEMS）的微型化,由Casimir吸引力导致的器件黏附失效极大影响了MEMS的应用,如何减小Casimir吸引力甚至将其转化为斥力成为该领域的研究热点。本文综述Casimir力的物理起源、理论计算方法、材料电磁参数的影响规律及电磁超材料在Casimir力调控方面的应用等研究进展。     

Electromagnetic behavior of two-dimensional quasi-crystal left-handed materials with dendritic unit

We demonstrated a two-dimensional quasi-crystal dendritic structure model with negative permeability. The microwave transmission and reflection properties of periodic and quasi-crystal dendritic structure mediums with varied angle incidence were measured. The results showed that the resonant peaks of quasi-crystal negative permeability samples and left-handed samples had tiny shift with the altering of incident angle. Because of the influence of coupling between quasi-crystal dendritic cells, the resonance of the entire material was enhanced or weakened. The quasi-crystal dendritic structure model will provide an easy method to design isotropic left-handed materials （LHMs）.     

异向介质电磁问题的混合模型分析

建立准确的色散介质本构模型是计算色散介质中波的散射和传播的基础,目前处理色散介质电磁问题通常采用的方法是基于某一种常见的经典模型来进行分析.而实际的色散介质往往是极其复杂的,近似为某一种常见模型对其进行分析计算是不够精确的.结合常见的3种色散介质模型(Debye、Lorentz和Drude模型),在简单混合模型的基础上提出分段线性混合模型,并通过对异向介质参数进行拟合验证,检验了新型模型的准确性与可行性.     

基于渔网结构的人工电磁材料结构参数研究

提出了一种基于渔网结构的新型低损耗改进型渔网结构左手材料,研究了其传输特性和材料有效电磁参数,计算表明其具有较宽的负折射带宽和左手带宽(介电常数和磁导率同时为负),同时数值研究了提出的结构的几何参数变化对材料电磁参数的影响.结果表明在结构参数相当大范围内保持了材料的左手物理特性.