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一、超材料概述
超材料（Metamaterial）是指自然材料通过人工手段加工设计后，具有自然材料所不具备的超常物理性质的人工复合材料或结构。通常，任意一种媒质的电磁特性可以通过介电常数ε和磁导率µ两个宏观物理量来描述。自由空间的介电常数和磁导率分别用 ε0和µ0表示（ε0和µ0均大于零），而对一般物质：ε=ε0εr，µ=µ0µr，其中εr表示相对介电常数，µr表示相对磁导率，媒质的折射率则被定义为 。根据ε和µ取不同的值，可以把材料空间分为四个象限，如图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，也称为右手材料，电磁波在这种材料中传播时电场、磁场与波矢量方向满足右手螺旋关系，能量与相位的传播方向相同（前向波）；第二象限（ε﹤0，µ﹥0）表征的是等离子体材料，第四象限（ε﹥0，µ﹤ 0）表征的是铁氧体材料，由于电磁波在这两种媒质中传播时相位常数为虚数，因此这两种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，电磁波在这种材料中传播时电场、磁场与波矢量方向满足左手螺旋关系，能量与相位的传播方向相反（后向波）。
自然界中的一般性媒质只占到了第一象限的一部分，等离子体和铁氧体也仅占了第二象限和第四象限中少有的几种，而第三象限（ε﹤0，µ﹤0）中的左手材料在自然界根本不存在。也就是说绝大部分的媒质需要通过“超材料”的方法获得，包括所有的左手材料和大部分的右手材料，不过狭义的超材料通常是指左手材料。
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