神奇的左手材料

馮　威

左手材料，相信對于大多數(shù)人來講是一個陌生的名詞。左手材料，指的是介電常數(shù)（ε）和磁導率（μ）都是負數(shù)的材料（物質(zhì)）。介電常數(shù)和磁導率是用于描述物質(zhì)電磁性質(zhì)的基本物理量，決定著電磁波在物質(zhì)中的傳播特性。在自然界中，所有物質(zhì)的介電常數(shù)（ε）和磁導率（μ）都為正值。左手材料這種新型材料的非常之處，是其具有一種逆變能力，能使主導著普通材料行為的許多物理特性產(chǎn)生逆變。左手材料有時也被稱為“異向介質(zhì)”、“負折射系數(shù)材料”。

左手材料迄今尚未在自然界中發(fā)現(xiàn)，這種材料目前都是由人工制造的。從1999年開始起到目前為止，左手材料還主要處于實驗室研究階段。 迄今為止，我們在自然界見到的都是右手材料，右手規(guī)則一直被認為是物質(zhì)世界的常規(guī)。但是，在左手材料中，電磁波的電場、磁場和波矢卻構(gòu)成左手關(guān)系，這就是這種材料被稱為“左手材料”的原因。另外，根據(jù)物理學普遍規(guī)律，在一般物質(zhì)中，電磁波的傳播方向和能量傳播方向是一致的，但是在這種材料中，電磁波的傳播方向?qū)l(fā)生奇特的變化，能量按正常方向傳播時，電磁波卻向相反的方向傳播。

由于這種材料的介電常數(shù)和磁導率都是負數(shù)，折射率也是負的，根據(jù)電磁學理論，可以推斷出它有很多奇異的特性。

手機輻射有望解決

目前利用左手材料的性質(zhì)，已經(jīng)可以通過人造結(jié)構(gòu)來控制電磁波傳播方向，制成定向天線，可以使它只向基站方向發(fā)射信號，并通過相關(guān)技術(shù)阻止信號向人腦方向的傳播。但是目前這項研究仍處于實驗室階段，估計今后，將有可能用于解決備受關(guān)注的手機輻射問題。

手機輻射之所以可能對人體產(chǎn)生影響，是因為目前市場上應用的手機天線，都是全方向發(fā)射信號，向基站發(fā)射信號的同時也向人發(fā)射電磁波，對人的輻射無法避免。而新型的左手材料，通過人造結(jié)構(gòu)來控制電磁波傳播方向，用它制成定向天線，可以智能尋找附近的電信信號發(fā)射基站，專向基站方向發(fā)射信號，并通過相關(guān)技術(shù)阻止信號向人腦方向的傳播，可避免電磁波對手機使用者造成輻射。因此，左手材料定向功能為制造新一代手機天線創(chuàng)造條件。第四代、第五代移動通訊技術(shù)對于智能化天線提出了極高要求，但現(xiàn)有手機天線無法實現(xiàn)定向?qū)ふ业戎悄芑δ?。基于左手材料的單個小天線，可實現(xiàn)高方向性或者波束掃描，輕松達到定向目的，還能大大降低能耗。目前，國際通訊產(chǎn)業(yè)界等都在加緊研制左手材料，借以開發(fā)未來微波通訊器件。

“隱身術(shù)”不是夢

“隱身”一直是各國科學家爭相開展的重要研究方向，而左手材料，無疑又為這一研究“可能取得突破”加上了一個重要的砝碼。目前各國的隱身技術(shù)，主要是使用各種吸波、透波材料，實現(xiàn)對雷達的隱形；采用紅外遮擋與衰減裝置、涂敷材料等，以降低紅外輻射強度，實現(xiàn)對紅外探測器的隱身；在可見光隱形上，只是靠涂抹迷彩或歪曲兵器的外形等初級的方法。不發(fā)光物質(zhì)之所以可見，就是因為它反射和散射的光線。左手材料制造的兵器可能將光線或雷達波反向散射出去，使得從正面接收不到反射的光線或微波，從而實現(xiàn)隱身。

【責任編輯】蒲暉