以共振實現的魔法超穎材料- 科學月刊Science Monthly

超穎材料是一種關於材料的新觀念，而非指特定的特殊材料，通常是指人工設計的某種週期結構，被當作材料使用時，具有一般天然材料所沒有的特性。

Search/搜尋 分類選單 -文章分類- 封面故事 NewsFocus 專訪 專欄 科技報導 評論 精選文章與其他 活動訊息 專欄 文章專區 2021-10-01以共振實現的魔法超穎材料 622期 Author作者 欒丕綱／任職於中央大學光電系，研究興趣為超穎材料與光子晶體。

科學月刊物理超穎材料折射率介電常數磁導率電磁理論左手介質負折射平板透鏡聲學超穎材料 「超穎材料」（metamaterials）又稱「超材料」，可說是近20年內發展最快速的研究領域之一。

「Metamaterial」一字中的「meta」意指「超越」，大家如果搜尋超穎材料的新聞，很容易就能找到有關「負折射」、「隱形斗篷」、「超薄透鏡」、「奈米天線」、「超輕隔音材料」，以及其他相關的報導。

但事實上，超穎材料並不是單指某類特殊材料，而是一種關於材料的新觀念。

超穎材料通常是指：人工設計的某種週期結構，被當作材料使用時，具有一般天然材料所沒有的特性。

這些特性可能是負的折射率、負的彈性係數、對光或聲的異常阻隔，或吸收、隱形能力，以及輕薄不佔體積，但卻能取代傳統材料元件對光與聲的調控能力等。

在此文中，將介紹早期超穎材料研究的基本概念與相關的物理現象。

若要深入了解其他相關的資訊，讀者可參考文末的延伸閱讀資料。

  超穎材料的概念 光在物質中的傳播速率v與真空中的光速c不同，後者對前者的比值n=cv，也就是折射率，數值越大代表介質中的光速越慢。

根據光的電磁理論可推得n=，其中ϵ與μ分別是相對介電常數（relativepermittivity）與相對磁導率（relativepermeability），代表在電場與磁場影響下，介質容易被極化（polarized）的程度。

在後續的討論中，我們直接稱它們為「介電常數」與「磁導率」。

由此結果可看出：若介質越容易被極化，光與介質的交互作用就越強，使介質中的光速變得越慢。

在天然的材料中，非導體的透明材料具有正的介電常數，而導體在不同頻率下則可以具有負的、正的，或是複數（complexvalued）介電常數。

複數介電常數的虛部（imaginarypart）代表介質吸收光並轉化為熱能的能力；而負的介電常數則通常表示該介質中的電子或離子因某種共振機制，而生出很大且與電場方向相反的電偶極（electricdipoles）。

至於磁導率，除了鐵磁性物質可以有很大的（正）數值之外，一般材料的磁導率都接近1，而且基本上沒有負值。

當ϵ與μ兩者只有一個是負值的時候，折射率n===i是一個純虛數，即為「單負介質」，這代表電磁波無法在介質中傳播。

當光波照射到這樣的介質時，就會完全被反射回入射區。

……【更多內容請閱讀科學月刊第622期】 回列表頁 加入收藏 列印 相關推薦 新訂一年方案：《科學月刊》一年12期 售價$2580 新訂兩年方案：《科學月刊》二年24期 售價$4900 TOP 本站使用第三方服務進行分析，以確保使用者獲得更好的體驗。

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