【手性物普及系列 22.】

  (22. 奇异的左手材料）

      2003年美国的《科学》杂志将研制出左手材料评为当年十大科学进展，在学术界、产业界和新闻界引起全球瞩目。这是因为左手材料有着与我们所熟悉的右手材料迥然不同的性能，将改变我们对常规常识的认同。

       常规材料中，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：即用右手四指指向电场强度E的方向，然后转动90°到磁场强度H的方向，此时大拇指伸直的方向就是电磁波的传动方向k，同时电磁波的能量传播方向S（坡印亭矢量）与k的方向一致，即波传播和能量传播方向一致。这是在常见的光、声波传播的介质材料中如此规律，于是我们把这样的材料（空气、玻璃和水等）叫做右手材料。

       那么我们好奇的问，难道还有左手材料吗？就是与上述定则相反，符合左手定则的材料。理论上应该有的，但现实中的确在2003年以前还没有。1968年前苏联科学家维斯拉格从理论上推导有可能存在左手材料。但前提是其介电常数ε和磁导率μ均为负值，这也称为反常的“双负”材料。于是这种材料会产生负折射率、负光压、反常的切伦科夫辐射和逆多普勒频移等异常性能，举个例子吧，我们在常规环境下沐浴阳光会感觉暖和，而假如你身处在左手材料的环境中，你晒太阳会感到越晒越冷，为什么呢？因为在左手材料中，光波传递方向k与光能传递方向S（坡印亭矢量）相反，即光照射到你，而能量却离你而去。这就是奇异的左手材料。当美国科学家声称他们用极为特殊的方法制备出来后，人们随即感觉到材料科学会有革命性的变化。

      左手材料的奇异之处在于其介电常数ε和磁导率μ为负值，使得波矢k和坡印亭矢量Ѕ的方向总是相反的(常规的右手材料与此截然不同)。即光波的传播方向与能量传播的方向是相反的，除此外还衍生出许多奇妙的光学现象，这些不同寻常的物理性质引发了人们无限的遐想。

      在我们所习惯的常见的右手材料中光传播遵从右手定则，而在奇异的左手材料中却遵从左手定则，从而产生奇异的性能。这两种材料的相互关系是手性对称的。然而，右手材料和左手材料的物理性质迥然不同，因而它们又是手性不对称的，是一种功能性差异体现为手性的。注意这种手性材料不是由手性分子构成的，因而没有旋光性。这也正说明物理学和化学上研究手性的差异所在。

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