【手性新产品 10.】

（10. 奇异的左手材料）

       在经典电磁学中，电场强度E、磁场强度H和波矢k 三者的方向符合右手定则，这是在我们的常理中的，因此为右手材料。而1968年，苏联科学家维斯拉格提出有可能有电场强度E、磁场强度H和波矢k 三者符合左手定则的媒介材料，他定义为左手材料并预言其是可能存在的。见下图。

       左手材料看似一种荒诞奇异的材料，因为要符合左手定则，务必使其介电常数ε和磁导常数μ均为负值，而在常规的右手材料中，这两个值均铁定为正值。在左手材料中，由于这两个常数均为负值，而且在经典电磁学的基础理论中，波矢k是简谐波的相传方向，而实际的光是一种复合电磁波，多个简谐波的叠加成为波群包，即实际上的波传（群传）方向是坡印亭矢量s，在常规的右手材料中，光波传播方向（波矢k）和波群（波包）传播方向（坡印亭矢量s）是一致的，而在左手材料中这两个概念波矢k和坡印亭矢量s是截然相反的。这就会产生一个奇异的现象：在左手媒介材料中，当光照射到我们身上时，不是越照越暖和，而是越照越寒冷。这就荒诞有悖于人们的常理。

 不仅于此，由于左手材料的“双负特性”，还衍生出更多的奇特的光学现象，如负折射率、负光压、反常的切伦科夫辐射和逆多普勒频移等，这些不同寻常的物理性质引发了人们无限的遐想，这将在固体物理、材料科学、光学和电磁学等领域产生了深远影响、而且有潜在的应用价值。

  经苏联科学家维斯拉格预见的左手材料，是合乎逻辑的，有右手材料，就可以有左手材料，然而在当时没有发现天然的，或者合成的左手材料，就是维斯拉格们也没能造出来，这个预见就无人问津了。事隔30年后，美欧科学家启动了左手材料的研制工作。2002年底，麻省理工学院孔金瓯教授从理论上证明了左手材料存在的合理性，2003年，美国和加拿大的两组研究人员在实验中直接观测到了负折射定律；美国麻省理工学院的E.Cubukcu 和K.Aydin 在《自然》杂志发表文章，描述了左手材料研制的实验结果：即用周期性排列的金属条和金属谐振环首次制成适用于微波波段的左手材料。后被 《科学》杂志评为当年十大科学进展。

与此同时，哈尔滨工业大学吴群教授带领的课题组和复旦大学的资剑教授领导的研究小组全面开展了左手材料的相关研究工作，均取得前沿研究的不菲成果。于是左手材料的研制在学术界、产业界和新闻界掀起波涛，举世瞩目。它预示着未来的应用前景不可估量。

  值得强调的是，在右手材料中，电场强度E、磁场强度H和波矢k 三者符合右手定则；在左手材料中，电场强度E、磁场强度H和波矢k 三者符合左手定则；它们的相互关系是镜像对称的，即符合手性对称的。然而右手材料和左手材料的物理性质又是迥然不同的，因此它们又是不可重叠的，所以，在物理学意义上，它们都是手性材料。但这种手性材料不是手性分子构成的，因此，在化学意义上，它们不是手性分子材料，没有旋光性。

                                                     丰都智愚河畔环境技术工作室