负折射率材料的发展研究
摘 要：在上个世纪，科学家们提出了一个现实实际生活中不存在的一种假想—负折射率物质，也就是现在在实际生活中具有非常高应用价值的人工合成新型材料，本文主要介绍最近几十年科学家对负折射率材料的研究历史和负折射率材料的一些基本理论及性质，从而使我们对负折射率材料有一定清晰地认识，同时也介绍负折射率材料在各个领域的应用，最后自己大概总结下历代科学家的研究，同时也发表自己对负折射率材料的一些展望。
关键词：负折射率；人工合成；展望
- 研究历史
负折射率材料是人工合成的一种新型材料，它并不天然的存在自然界中，这种材料也称作左手材料。
在20世纪第一个年代，两位科学家Arthur Schster和Lamb就关于负相对速度相互交流并发表自己的看法，后来俄国物理学家Sivukhin和Mandel stam一起合作研究具有负折射率的材料的相关电磁特性，在此后的一段很长时间内并没有突破性的发现，后来在1986年的时候前苏联科学家首先提出负折射率的概念即，如果当一种物质具有负的介电常数和负的磁导率，那么这种材料具有与传统材料（也称右手材料）不同的性质，介电常数和磁导率是形容物理界电场的两个基本物理量，而介电常数和磁导率的正负是描述物质的折射率的正负的，所以称作负折射效应。负折射率物质它具有很多不同于传统材料的特性和实际意义引起了科学家们极大地兴趣。
1987年由Yablonovitch和John同时提出光子晶体的概念后，有关光子晶体的理论研究和实验制作立刻引起了广泛的兴趣。它是一种介质在空间分布上具有周期性结构的人工设计的晶体，在介电常数周期性变化的三维介质中，某些频段的电磁波强度因破坏性干呈指数衰减，无法在介质中传播，形成电磁波能隙，具有负折射的现象。并且在1996年英国科学家从理论上证明了由金属线阵列和金属谐振环构成的结构能够在一定频率范围内产生负的等效介电常数和负的等效磁导率，负折射率的研究才重新引起了科学家的关注。
在20世纪末期，科学家Pendry实验发现用一种具有规律的金属导线阵列以及开口谐振环为基本单元的材料，它在一定频率范围内具有负的磁导率和介电常数，在这个基础上，次年美国科学家第一次在实验室中人工合成具有TW-SRR结构的新型材料，如图所示，这个新型人工合成的材料是由无数个毫米级的SRR和TW组成的，当新型人工合成的材料的共振频率大于电磁波的频率时，TW会使新型人工合成的材料的介电常数小于0即负值，在此时每个SRR都可以看作为一个LC谐振电路，在磁场的干涉下共振频率处磁导率为负值。这个发现对负折射率材料的研究具有重大的意义和参考价值。
2000年美国科学家第一次人工合成了具有等效负折射率的物质，随后J.B.Pendry指出了利用负折射率材料可以对倏逝波进行放大并提出了“完美透镜”的概念。当倏逝波透过负折射率平板时，其振幅并不衰减而是放大，因此透过平板透镜成的像中同时含有传播波和倏逝波，成像的分辨率大于波长即亚波长成像，打破了传统的分辨率极限。之后通过大量的研究和实验验证了在负折射率介质与常规介质的分界面上，入射光与折射光处于法线的同侧，同时也用金属谐振环与金属线构成的材料证明了负折射材料的存在，这就是著名的“棱镜实验”。
