【正文】 (26)其中t代表切向分量，n代表法相分量。由折射定律 (27)可知，當介質1是正常材料，而2是左手材料時，即 (28)時，界面上的EH的平行分量的方向是一致的，而垂直分量的方向卻反了過來，再加上在介質2內k,E,H三者遵守左手定律，因而在界面上就會發(fā)生反常的折射：折射光與入射光出現在界面法線的同一側。于是定義左手材料的折射率為負值 (29)因此左手材料又被稱為“負折射率”。電磁波從光密媒質入射到光疏媒質時，當入射角等于布儒斯特角時，即 (210)將會發(fā)生全反射。全反射光束在介質的分界面上將沿入射光波波矢量的平行分量發(fā)生側向位移現象，這一現象最早由牛頓提出，并由Goos和Hanchen在實驗上得到驗證，因此命名為GoosHanchen位移。但如果介質2為左手材料時，且|n2|n1時，也會發(fā)生全反射，此時的反射光束同樣在界面上發(fā)生側向位移，但是位移的方向與入射波波矢量的平行分量反向，這主要是因為左手材料的負相速的緣故，該現象就被稱為逆GoosHanchen位移效應。在真空中，勻速運動的帶電粒子不會輻射電磁波，而當一個帶電粒子在介質中運動時會在其周圍引起誘導電流，從而在其路徑上形成一系列次波源，分別發(fā)出次波。當粒子速度超過介質中光速時，這些次波相互干擾，從而輻射出電磁波，稱為切倫科夫輻射。在正常的右手材料中，干涉形成的波前，即等相位面是一個錐面，電磁波能量沿此錐面的法相方向輻射出去，是向前輻射的，形成一個向后的錐角，即能量輻射的方向與粒子運動方向的夾角，可由下式計算得出： (211)其中是粒子運動的速度。但在左手介質中，由于能量的傳播方向與相位的傳播方向正好相反，因而輻射將背向粒子的運動方向發(fā)出，輻射方向形成一個向前的錐角，這就是逆Cerenkov輻射效應。 x h[4d $Iv/.x/（）左手材料的概念起源于理論研究1967年，前蘇聯(lián)物理學家Veselago發(fā)表論文，首次報道了在理論研究中對物質電磁學性質的新發(fā)現，即：當ε和μ都為負值時，電場、磁場和波矢之間構成左手關系。他稱這種假想的物質為左手材料。電磁波在左手材料中的行為與在右手材料中相反，如光的負折射、負的切連科夫效應、反多普勒效應等。材料世界從此翻開新的一頁。 %8iA0t+ 9_IR%bm在這一具有顛覆性的概念被提出后的三十年里，在自然界并未發(fā)現實際的左手材料。直到將近新世紀時才出現轉機。20 世紀90 年代，英國科學家Pendry等人受到光子晶體研究的啟發(fā)，提出了分別實現負介電常數和負磁導率介質的理論模型，重新開啟了該領域的研究。Pendry 研究發(fā)現周期性排列的導電金屬線對電磁波的響應與等離子體對電磁波的響應行為極為相似，通過此種方法獲得介電常數ε為負的材料，從此人們開始對這種材料投入研究興趣。周期排列的金屬線結構如圖1所示。: 4$EFF5xe
2002年底，麻省理工學院孔金甌教授從理論上證明了左手材料存在的合理性，并稱這種人工介質可用來制造高指向性的天線、聚焦微波波束、實現“完美透鏡”、用于電磁波隱身等。圖31 　周期排列的金屬線結構 新世紀初左手材料問世引起矚目2000 年，美國Smith 等首次利用開口諧振環(huán)（SRR）和電諧振器（如開口金屬線）組成的陣列實現了“雙負”材料。2002年7月，瑞士ETHZ實驗室的科學家們宣布制造出三維的左手材料。美國衣阿華州立大學（4FM9b0qEIowa State University）的S. Foteinopoulou發(fā)表了利用光子晶體做為介質的左手物質理論仿真結果?！蹲匀弧冯s志發(fā)表文章，描述了電磁波在兩維光子晶體中的負折射現象的實驗結果。左手材料的研制進入了美國《科學》雜志評出的2003年度全球十大科學進展，引起全球矚目。 39。R6D+Vk/ 2004年，國際學術界開始出現中國科學家的身影。復旦大學的資劍教授領導的研究小組經過兩年的研究與設計，利用水的表面波散射成功實現了左手介質超平面成像實驗，論文發(fā)表于著名的《美國物理評論》雜志上，引起學術界的高度關注。2004年，俄羅斯莫斯科理論與應用電磁學研究所宣布用左手材料研制成功一種具有超級分辨率的鏡片，這種鏡片可以構成不會丟失信息、將所有能量完全復制到成像點的完美透鏡（Perfect Lens）。其原理是左手介質中能流方向和波矢方向相反，左手介質中倏逝波表現為指數增強場，相當于透鏡對波進行了放大。同年，加拿大多倫多大學的科學家制造出一種左手鏡片，其工作原理與具有微波波長的射線有關，這種射線在電磁波頻譜緊鄰無線電波。兩國科學家的研究成果被美國物理學會評為2004年度國際物理學會最具影響的研究進展。2005年， μm的紅外線區(qū)域呈現負折射率的人造介質左手性特異材料。 μm的紅外線在光通信領域已被廣泛采用。在光通信控制技術方面，此前的研究熱點是硅微細線光導波路及光子結晶，而此次LHMs的開發(fā)成功，則提供了一種全新的光控方法。 lgO9j 2008年，德國斯圖加特大學Liu 等制備了多層的U形金納米環(huán)結構，分別在120 THz和200 THz附近實現了負的介電常數和負的磁導率。利用雙模板輔助化學電沉積法制備了周期性排列的金屬銀樹枝陣列，發(fā)現其在紅外波段具有很強的透射通帶，并且在對應頻率表現出明顯的平板聚焦效應，得到了紅外波段的左手材料。這是首次利用化學方法制備左手材料，對左手材料的發(fā)展起到了巨大推動作用。同年美國加州大學伯克利分校Valentine 等用多層魚網結構第一次在紅外波段實現三維的LHM ，并通過棱鏡折射實驗驗證了其負折射行為。但是，由于LHM的結構單元遠小于波長，目前的刻蝕工藝已經嚴重制約了光波段LHM的進一步發(fā)展。 國內研制單一結構同時實現“雙負”利用SRR環(huán)和開口金屬線組成陣列分別實現負磁導率和負介電常數，這種組陣方式的復雜性增加了制作難度。能否通過單一結構同時實現“雙負”？國內研究者進行了嘗試。已經報道的有浙江大學的“S”形 ，復旦大學的“工”形 ，西北工業(yè)大學的“H”形等。2008年6月，西安交通大學采用一種“巨”字形結構[3]，利用絲網印刷在氧化鋁基板