¿Cuál es el material de la mano izquierda?
Desde este siglo, un tipo de material compuesto artificial llamado "material zurdo" se ha vuelto cada vez más popular en los campos de la física de sólidos, la ciencia de materiales, la óptica y el electromagnetismo aplicado. Su investigación se ha desarrollado rápidamente. , pero su aparición se originó en la imaginación de los antiguos científicos soviéticos en la década de 1960.
En física, la constante dieléctrica ε y la permeabilidad magnética μ son las dos cantidades físicas más básicas que describen las propiedades de los campos electromagnéticos en medios uniformes. En el mundo material conocido, para los dieléctricos, la constante dieléctrica ε y la permeabilidad magnética μ son valores positivos, y el campo eléctrico, el campo magnético y el vector de onda forman una relación de derecha. Este material se llama material diestro (RHM). Esta regla de la mano derecha siempre se ha considerado la norma del mundo material, pero esta norma comenzó a enfrentar desafíos subversivos en la década de 1960. En 1967, el ex físico soviético Veselago publicó un artículo en una revista académica de la ex Unión Soviética, informando por primera vez de su nuevo descubrimiento de las propiedades electromagnéticas de la materia en la investigación teórica, es decir, cuando ε y μ son ambos negativos, el campo eléctrico y el campo magnético forman una relación de mano izquierda con Wave Arrow. Llamó a esta hipotética sustancia material zurdo (LHM) y señaló que el comportamiento de las ondas electromagnéticas en los materiales zurdos es opuesto al de los materiales diestros, como la refracción negativa de la luz, el efecto Cherenkov negativo, el Doppler inverso. efecto, etc. Este artículo atrajo la atención de un inglés y fue traducido al inglés en 1968 y reeditado en otra revista académica de física de la ex Unión Soviética. Pero pocos se dan cuenta de que el mundo de los materiales ha pasado una nueva página.
Dado que la característica distintiva de los materiales zurdos es que la constante dieléctrica y la permeabilidad magnética son negativas, algunas personas los llaman "medios (materiales) doblemente negativos", que generalmente se denominan "materiales de refracción negativa". materiales índice" o "materiales de índice de refracción negativo". "Material negativo".
2. Materiales para zurdos: el gran avance de principios de este siglo desencadenó la imaginación infinita de la gente.
El desarrollo de materiales de mano izquierda no ha sido fácil. En los treinta años transcurridos desde que se propuso este concepto subversivo, aunque tiene muchas propiedades novedosas, porque sigue siendo sólo teórico y no se han encontrado materiales zurdos reales en la naturaleza, esta extraña hipótesis no fue aceptada de inmediato, sino que casi fue ignorada. hasta que comenzó el cambio de siglo. La razón es que los científicos británicos Pendry y otros propusieron una ingeniosa estructura de diseño para lograr un coeficiente dieléctrico negativo y una permeabilidad magnética negativa en 1998-1999. Desde entonces, la gente ha empezado a prestar cada vez más atención a este material. Con el avance de 2001, la investigación sobre materiales zurdos ha ido despegando gradualmente a nivel internacional.
En 2001, físicos como David Smith de la Universidad de California en San Diego, bajo el asesoramiento de Pendry y otros, fabricaron por primera vez un dispositivo con constante dieléctrica negativa y magnetismo negativo en la banda de microondas. Materiales conductores. Dirigieron un haz de microondas hacia un medio artificial compuesto por un anillo de cobre y un alambre de cobre. Las microondas se desviaron en un ángulo negativo, demostrando así la existencia de materiales zurdos.
En julio de 2002, los científicos del laboratorio suizo ETHZ anunciaron que habían creado un material tridimensional para zurdos que tendría un gran impacto en la industria de las comunicaciones electrónicas. También se publicaron los resultados de la investigación correspondiente. en el American Journal of Applied Physics ese mes "superior".
A finales de 2002, el profesor Kong Jinou del Instituto Tecnológico de Massachusetts demostró teóricamente la racionalidad de la existencia de materiales zurdos, y afirmó que este medio artificial se puede utilizar para crear antenas altamente direccionales para Enfoque las microondas, realice una "súper lente" para el sigilo de las ondas electromagnéticas. La perspectiva de materiales para zurdos ha comenzado a despertar la imaginación de la academia, la industria y especialmente el ejército.
2003 fue un año en el que se lograron muchos avances en la investigación de materiales zurdos. Dos grupos de investigadores, dirigidos por C. Parazzoli de Boeing Phantom Engineering en Seattle, EE. UU., y G. Eleftheriades del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Toronto, Canadá, observaron directamente la ley negativa de la refracción en experimentos. S. Foteinopoulou de la Universidad Estatal de Iowa también publicó resultados de simulación teórica de materia zurda utilizando cristales fotónicos como medio. E. Kubuku y K. Eden del MIT publicaron un artículo en Nature que describe los resultados experimentales de la refracción negativa de ondas electromagnéticas en cristales fotónicos bidimensionales. Sobre la base de muchos descubrimientos realizados por científicos, el desarrollo de materiales zurdos entró en 2003 entre los diez principales avances científicos del mundo, atrayendo la atención mundial.
En 2004, los científicos de Shanghai comenzaron a aparecer en la comunidad académica internacional.
Después de dos años de investigación y diseño ingenioso, el equipo de investigación dirigido por el profesor Zijian de la Universidad de Fudan, científico jefe del proyecto de cristal fotónico "973", realizó con éxito un experimento de imágenes de hiperplano medio zurdo utilizando la dispersión de ondas superficiales del agua. El artículo fue publicado en la famosa revista estadounidense "Physical Reviews", que inmediatamente atrajo gran atención de la comunidad académica y fue recomendado como una de las noticias clave en la revista "Nature". Un grupo de investigación dirigido por el profesor Chen Hong del Instituto Niels Bohr de Física del Estado Sólido de la Universidad de Tongji comenzó a estudiar materiales zurdos en 2001. Después de dos años de investigación, se han logrado grandes avances en la teoría básica y en la preparación y caracterización de materiales. Los resultados se publicaron en la famosa revista internacional de física y se informaron en la Conferencia Internacional sobre Tecnología de Ondas Milimétricas y Microondas en 2004. En 2005, serán invitados a presentar un informe en el Simposio Internacional de Tecnología Óptica de Microondas en Japón.
Los materiales para zurdos se convirtieron rápidamente en un foco de investigación en la comunidad científica a principios de este siglo. Según estadísticas incompletas, en las principales revistas académicas internacionales se publicaron 13 y 17 artículos de investigación sobre materiales para zurdos en 2000 y 2001, respectivamente. Este número aumentó a 60 en 2002 y a más de 100 en 2003.
En tercer lugar, la realización de la fabricación de materiales para zurdos ha dado lugar a enormes perspectivas de aplicación.
Las enormes perspectivas de aplicación de los materiales zurdos surgen de su implementación en la fabricación. En 2000, Pendry sugirió fabricar una "súper lente" (también conocida como "prisma ideal") para realizar la aplicación de materiales para zurdos. Esta sugerencia se hizo realidad en 2004, cuando los científicos crearon con éxito lentes de microondas planas utilizando materiales zurdos. En febrero de 2004, físicos del Instituto de Electromagnético Teórico y Aplicado de Moscú anunciaron que habían desarrollado con éxito una lente de superresolución, pero su tecnología requiere que el objeto observado casi toque la lente, lo que plantea problemas en las aplicaciones prácticas. Ese mismo año, científicos de la Universidad de Toronto en Canadá crearon una lente zurda que funciona con radiación de longitudes de onda de microondas, que se encuentran junto a las ondas de radio en el espectro electromagnético. Los resultados de las investigaciones de los científicos de ambos países han sido muy apreciados por la comunidad científica y fueron calificados como el progreso de investigación más influyente de la Sociedad Internacional de Física en 2004 por la Sociedad Estadounidense de Física.
Además, basándose en las extraordinarias propiedades de los materiales zurdos, los científicos han predicho que se pueden utilizar en el diseño de sistemas de comunicación y medios de almacenamiento de datos para fabricar teléfonos móviles más pequeños o medios de almacenamiento de mayor capacidad. Los circuitos dieléctricos refractivos negativos equivalentes pueden reducir eficazmente el tamaño del dispositivo, ampliar las bandas de frecuencia y mejorar el rendimiento del dispositivo. En el futuro, los materiales para zurdos desempeñarán un papel importante en el desarrollo de las comunicaciones inalámbricas.
4. Los materiales de la izquierda se han incluido en la Guía de proyectos clave de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China de 2005.
La investigación sobre materiales zurdos ha atraído la atención de círculos científicos relevantes en mi país. Además de los científicos de Shanghai, científicos de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong, el Instituto de Física, la Academia de Ciencias de China, la Universidad de Nanjing, la Universidad de Pekín, la Universidad Politécnica del Noroeste y otras unidades han tomado la iniciativa de involucrarse en este campo. En 2005, la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China incluyó la investigación sobre materiales zurdos y efectos de refracción negativa en las directrices clave del proyecto transversal en el programa "Varios temas de frontera en la investigación de coincidencia de fases" organizado conjuntamente por el Departamento de. Matemáticas y Departamento de Materiales de Ingeniería, Departamento de Matemáticas e Información En el tema "Nuevas propiedades fotónicas de microestructuras periódicas y no periódicas", organizado conjuntamente por el Ministerio de Ciencia, "investigaciones sobre cuestiones básicas relacionadas con materiales zurdos" Está catalogado como uno de los principales contenidos de exploración. Al mismo tiempo, el Departamento de Informática de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China incluyó la "Investigación básica sobre la teoría y aplicación de metamateriales" en la Guía de proyectos clave de 2005. Los metamateriales son otro nombre para los materiales zurdos.
En la actualidad, la descripción general de la investigación sobre materiales zurdos y efectos de refracción negativa realizada por las principales unidades de mi país (incluida Shanghai) es la siguiente:
Instituto de Física, Academia China de Ciencias: El Laboratorio Nacional Clave de Magnetismo del instituto tiene una amplia exploración y estudio de nuevos materiales magnéticos funcionales, como aleaciones ferromagnéticas con memoria de forma, con alta permeabilidad magnética y baja pérdida en varias frecuencias altas (hasta 10-100G) (como Materiales convertidores DC-DC y materiales zurdos); el instituto El laboratorio de micromecanizado se dedica principalmente a la producción y aplicación de estructuras artificiales de baja dimensión, incluidos cristales fotónicos bidimensionales, estructuras cuánticas superconductoras y dispositivos de diferentes estructuras e izquierdas. materiales entregados.
Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong: el profesor Chen Ziting, director del Instituto de Nanotecnología, es un experto de renombre internacional en física de la materia condensada y teoría de cristales fotónicos. Se dedica principalmente a la investigación de cristales fotónicos. y materiales para zurdos.
Universidad de Nanjing: Profesor Feng Yijun del Departamento de Ciencia e Ingeniería Electrónica, se dedica principalmente a la investigación sobre campos electromagnéticos y tecnología de microondas, nuevos materiales electromagnéticos artificiales y dispositivos de microondas.
Actualmente es responsable de la investigación teórica y aplicada sobre nuevos medios electromagnéticos artificiales (Proyecto 973 del Programa Nacional Clave de Investigación y Desarrollo Básico), materiales electromagnéticos artificiales zurdos y dispositivos de microondas (Proyecto Fondo de Doctorado del Ministerio de Educación).
Universidad de Tongji: el profesor Chen Hong y el profesor Zhang del Instituto Niels Bohr de Física del Estado Sólido han logrado avances en la teoría básica, los métodos de caracterización y las aplicaciones de dispositivos de materiales zurdos y efectos de refracción negativos.
Universidad de Fudan: Dirigida por el profesor Zijian (científico jefe del proyecto "973") y el profesor Zhou Lei, se han logrado avances significativos en imágenes de hiperplano de materiales zurdos, caracterización y aplicaciones de dispositivos (antenas de microondas) y actualmente trabaja con la Universidad de Tongji, la Universidad Normal del Este de China, el Instituto de Microsistemas de Shanghai, la Academia de Ciencias de China, el Instituto de Física Técnica de Shanghai, la Academia de Ciencias de China, el Instituto de Física, la Academia de Ciencias de China, la Universidad de Nanjing, UCLC y La AMES estadounidense realiza investigaciones colaborativas en este campo. La física teórica, la física de la materia condensada y la óptica son disciplinas y programas de doctorado clave a nivel nacional.
Universidad de Ciencia y Tecnología de Shanghai: dirigida por el académico Zhuang de la Escuela de Ingeniería de Óptica e Información Electrónica. El académico Zhuang se dedica desde hace mucho tiempo a la investigación en óptica aplicada, ingeniería óptica y optoelectrónica. Ha diseñado más de 100 sistemas e instrumentos ópticos y es el primer investigador en China en desarrollar un sistema óptico CAD. Se han propuesto diversos métodos ópticos en el estudio de la recuperación de fase de objetos complejos, abriendo nuevas direcciones de investigación en este campo. La válvula de luz de cristal líquido CdSe CdSe desarrollada alcanzó el nivel avanzado internacional en ese momento.