一、超材料概述

　　超材料（Metamaterial）是指自然材料通過人工手段加工設(shè)計后，具有自然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合材料或結(jié)構(gòu)。通常，任意一種媒質(zhì)的電磁特性可以通過介電常數(shù)ε和磁導(dǎo)率μ兩個宏觀物理量來描述。自由空間的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率分別用 ε0和μ0表示（ε0和μ0均大于零），而對一般物質(zhì)：ε=ε0εr，μ=μ0μr，其中εr表示相對介電常數(shù)，μr表示相對磁導(dǎo)率，媒質(zhì)的折射率則被定義為 。根據(jù)ε和μ取不同的值，可以把材料空間分為四個象限，如圖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，也稱為右手材料，電磁波在這種材料中傳播時電場、磁場與波矢量方向滿足右手螺旋關(guān)系，能量與相位的傳播方向相同（前向波）；第二象限（ε﹤0，μ﹥0）表征的是等離子體材料，第四象限（ε﹥0，μ﹤ 0）表征的是鐵氧體材料，由于電磁波在這兩種媒質(zhì)中傳播時相位常數(shù)為虛數(shù)，因此這兩種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，電磁波在這種材料中傳播時電場、磁場與波矢量方向滿足左手螺旋關(guān)系，能量與相位的傳播方向相反（后向波）。

　　自然界中的一般性媒質(zhì)只占到了第一象限的一部分，等離子體和鐵氧體也僅占了第二象限和第四象限中少有的幾種，而第三象限（ε﹤0，μ﹤0）中的左手材料在自然界根本不存在。也就是說絕大部分的媒質(zhì)需要通過“超材料”的方法獲得，包括所有的左手材料和大部分的右手材料，不過狹義的超材料通常是指左手材料。