神奇的左手材料

冯　威

左手材料，相信对于大多数人来讲是一个陌生的名词。左手材料，指的是介电常数（ε）和磁导率（μ）都是负数的材料（物质）。介电常数和磁导率是用于描述物质电磁性质的基本物理量，决定着电磁波在物质中的传播特性。在自然界中，所有物质的介电常数（ε）和磁导率（μ）都为正值。左手材料这种新型材料的非常之处，是其具有一种逆变能力，能使主导着普通材料行为的许多物理特性产生逆变。左手材料有时也被称为“异向介质”、“负折射系数材料”。

左手材料迄今尚未在自然界中发现，这种材料目前都是由人工制造的。从1999年开始起到目前为止，左手材料还主要处于实验室研究阶段。 迄今为止，我们在自然界见到的都是右手材料，右手规则一直被认为是物质世界的常规。但是，在左手材料中，电磁波的电场、磁场和波矢却构成左手关系，这就是这种材料被称为“左手材料”的原因。另外，根据物理学普遍规律，在一般物质中，电磁波的传播方向和能量传播方向是一致的，但是在这种材料中，电磁波的传播方向将会发生奇特的变化，能量按正常方向传播时，电磁波却向相反的方向传播。

由于这种材料的介电常数和磁导率都是负数，折射率也是负的，根据电磁学理论，可以推断出它有很多奇异的特性。

手机辐射有望解决

目前利用左手材料的性质，已经可以通过人造结构来控制电磁波传播方向，制成定向天线，可以使它只向基站方向发射信号，并通过相关技术阻止信号向人脑方向的传播。但是目前这项研究仍处于实验室阶段，估计今后，将有可能用于解决备受关注的手机辐射问题。

手机辐射之所以可能对人体产生影响，是因为目前市场上应用的手机天线，都是全方向发射信号，向基站发射信号的同时也向人发射电磁波，对人的辐射无法避免。而新型的左手材料，通过人造结构来控制电磁波传播方向，用它制成定向天线，可以智能寻找附近的电信信号发射基站，专向基站方向发射信号，并通过相关技术阻止信号向人脑方向的传播，可避免电磁波对手机使用者造成辐射。因此，左手材料定向功能为制造新一代手机天线创造条件。第四代、第五代移动通讯技术对于智能化天线提出了极高要求，但现有手机天线无法实现定向寻找等智能化功能。基于左手材料的单个小天线，可实现高方向性或者波束扫描，轻松达到定向目的，还能大大降低能耗。目前，国际通讯产业界等都在加紧研制左手材料，借以开发未来微波通讯器件。

“隐身术”不是梦

“隐身”一直是各国科学家争相开展的重要研究方向，而左手材料，无疑又为这一研究“可能取得突破”加上了一个重要的砝码。目前各国的隐身技术，主要是使用各种吸波、透波材料，实现对雷达的隐形；采用红外遮挡与衰减装置、涂敷材料等，以降低红外辐射强度，实现对红外探测器的隐身；在可见光隐形上，只是靠涂抹迷彩或歪曲兵器的外形等初级的方法。不发光物质之所以可见，就是因为它反射和散射的光线。左手材料制造的兵器可能将光线或雷达波反向散射出去，使得从正面接收不到反射的光线或微波，从而实现隐身。

【责任编辑】蒲晖