左手材料(Left-Handed Metamaterials)是近年来材料科学和物理学领域的研究热点之一。谈到左手材料,还得先从右手材料说起。在经典电动力学理论中,介电材料的电磁特性由介电常数ε和磁导率μ两个宏观参数描述。自然界中物质的ε和μ都是正数,当电磁波穿越其中时,描述电磁波传播特征的三个物理量电场方向E、磁场方向H和电磁波的传播方向K构成与三维空间坐标呈一一对应的右手螺旋关系,这就是物理学中经典的“右手定则”。这种规律被认为是物质世界的常规,是物理界不可动摇的基本定律,相应地,自然界中存在的符合“右手定则”的介电材料即为右手材料。. c) {4 [- v& F
2 s! v$ X" V$ s 在经典电动力学中,如果物质的ε和μ一正一负,电磁波将无法在其中传播。但是,如果ε和μ两者都是负数时,情况会怎样呢? 1968年,前苏联物理学家Veselago等人首次提出了大胆的假设,即如果人们能够制造出介电常数ε和磁导率μ均为负值的材料,那么“右手定则”将被推翻,取而代之的是电场方向E、磁场方向H和电磁波的传播方向K构成与三维空间坐标呈一一对应关系的左手螺旋关系。至此,原本看似天经地义的物理学常规定律“右手定则”开始遭遇颠覆性的挑战。但是,由于当时Veselago等人的工作还仅限于纯理论性的研究,自然界中并未发现这类材料,也没有在实验中得到进一步验证,因此这一假设在学术领域长期未被接受。