Negative-Refraction Metamaterials: Fundamental Principles and Applications pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:Wiley-IEEE Press

作者:G. V. Eleftheriades

出品人:

页数:440

译者:

出版时间:July 2005

价格:$90.50

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471601463

丛书系列:

图书标签:

• 材料学
• 微波
• metamaterials
• lefthand
• Metamaterials
• Negative Refraction
• Electromagnetics
• Photonics
• Nanophotonics
• Optical Materials
• Material Science
• Physics
• Applied Physics
• Wave Propagation

光的几何光学与超材料的交汇：一个跨越传统限制的探索 书名： Negative-Refraction Metamaterials: Fundamental Principles and Applications 内容概要： 本书深入探讨了负折射率超材料（Negative-Refraction Metamaterials, NRMs）这一前沿物理学领域。它不仅详尽阐述了驱动这些奇异材料行为的基本电磁学原理，还系统梳理了其在光学、微波和声学等多个工程领域中展现出的革命性应用潜力。全书结构严谨，逻辑清晰，旨在为物理学家、电子工程师和材料科学家提供一个全面且深入的参考框架。 第一部分：基础理论的奠基 本书的开篇部分致力于为读者构建理解负折射现象所需的坚实理论基础。我们从经典的麦克斯韦方程组出发，系统回顾了描述电磁波在各向同性介质中传播的本构关系和边界条件。随后，引入了介电常数（$varepsilon$）和磁导率（$mu$）这两个核心参数，并着重分析了它们在传统材料中总是为正的物理限制。 一个关键的章节专门剖析了左手材料（Left-Handed Materials, LHMs）的概念——这是实现负折射率的先驱理论模型。我们详细推导了在特定条件下，当 $varepsilon$ 和 $mu$ 同时取负值时，折射率 $n$ 的定义如何从传统的 $n = sqrt{varepsilonmu}$ 演变为 $n = -sqrt{varepsilonmu}$。通过引入波矢（$mathbf{k}$）和能流密度（Poynting Vector, $mathbf{S}$）之间的反向关系，我们直观地解释了光线在界面上发生“反常”弯曲的物理图像——即负折射现象。 本部分深入探讨了等频面（Equifrequency Surface, EFS）在理解材料电磁特性中的核心作用。对于传统的右手材料，EFS 通常是凸的；而对于负折射材料，我们展示了 EFS 如何转变为凹陷的形状，这直接对应于 $mathbf{k}$ 矢量和 $mathbf{S}$ 矢量方向的背离，从而奠定了理解超材料设计的数学基础。 第二部分：超材料的设计、结构与实现 本部分将理论推导转化为实际的工程设计。我们详细介绍了超材料（Metamaterials）的基本概念，即通过设计亚波长尺度的结构单元（或称为“元原子”）来人工调控材料的宏观电磁响应，而非依赖于材料本身的化学成分。 书籍的核心内容集中在负折射超材料的结构实现上。我们分类讨论了几种主要的结构范式： 1. 线圈-杆结构（Split-Ring Resonators and Wires, SRRs and Wires）： 详细分析了 SRR 结构如何通过其自身的电磁共振特性，在特定频率范围内表现出负磁导率（$mu < 0$），而平行金属线结构则用于实现负介电常数（$varepsilon < 0$）。我们讨论了优化 SRR 尺寸、耦合强度和阵列周期性对于实现目标工作频率和带宽的关键性。 2. 光子晶体与杂化结构： 探讨了利用光子晶体带隙结构，通过改变晶格参数来有效调控平均折射率的潜力。此外，还涵盖了将 SRR 与介质间隔层相结合的双层结构设计，以实现更平坦的负折射带宽。 3. 等离子体超材料： 讨论了利用金属的表面等离子激元共振来模拟负介电常数，特别是在太赫兹和近红外波段的应用。 在材料科学层面，本书强调了制造工艺对超材料性能的决定性影响。从电子束光刻、聚焦离子束刻蚀到自组装技术，我们对比了不同工艺在实现亚波长精度和大规模生产方面的优势与挑战。 第三部分：负折射的突破性应用 负折射材料最引人注目的特性在于其能够实现传统光学元件无法企及的功能。本部分集中探讨了基于这些材料的颠覆性应用。 1. 完美透镜（The Perfect Lens）： 这是负折射研究的标志性应用。我们详细分析了超分辨成像（Super-resolution Imaging）的物理机制。不同于传统透镜只能汇聚散射波前的一部分，完美透镜能够捕获并放大被传统透镜视为衍射极限而丢失的“衰减模式”（Evanescent Waves）。书中对这种机制进行了严格的理论建模，并探讨了在实际器件中如何克服损耗和色散问题，以接近“完美”的性能。 2. 隐身斗篷（Invisibility Cloaking）： 书中深入阐述了变换光学（Transformation Optics, TO）这一强大的设计工具。通过求解坐标空间的几何变换，可以推导出所需材料的精确电磁参数分布（即介电张量和磁导率张量）。我们展示了如何利用这些参数设计出能够引导电磁波绕物体传播，并在后方恢复原状的渐变折射率结构，从而实现对特定波段电磁波的“隐身”。 3. 新型天线与耦合器： 在微波和射频领域，负折射材料被用于设计更紧凑、带宽更广的辐射器件。我们分析了如何利用负折射特性来控制电磁波的传播方向和相位，实现对辐射场的精确塑形，例如用于制造超薄的平板天线或高效的定向耦合器。 4. 等离激元学应用： 探讨了如何利用负折射材料耦合和引导表面等离激元（Surface Plasmon Polaritons, SPPs），实现亚波长尺度的光传输和集成电路中的信息载流子控制。 结论与展望： 本书最后总结了当前负折射超材料领域面临的工程挑战，包括材料损耗、带宽限制以及从二维到三维结构的扩展难度。同时，它也展望了未来的研究方向，特别是将负折射原理与更前沿的技术（如拓扑绝缘体、动态可重构超材料）相结合，以期在量子光学和实时传感领域取得突破。本书的目的是激励下一代科学家和工程师，利用这些奇异的电磁响应，彻底革新我们与光和电磁波的交互方式。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

我是一名对物理学有浓厚兴趣的退休教授，虽然已经离开了学术一线，但我一直保持着对科学前沿的关注。这本书的标题《Negative-Refraction Metamaterials: Fundamental Principles and Applications》立刻吸引了我的目光，因为它涉及到了我曾经研究领域的一个非常前沿的分支。我非常期待这本书能够从“Fundamental Principles”出发，为我提供一个全面而深入的理解。我希望书中能够详细阐述负折射现象的物理本质，例如，它与介电常数和磁导率的负值之间的关系，以及在微观结构层面是如何实现这些奇异电磁响应的。我希望作者能够以严谨的科学态度，探讨负折射超材料的构建方法，包括不同结构的几何设计、材料选择以及它们对电磁波的相互作用。我尤其希望能够看到，书中能够对相关的数学模型和理论进行清晰的讲解，例如，如何利用有效介质理论来描述超材料的宏观电磁参数。在“Applications”方面，我同样充满期待。我希望书中能够列举一些令人振奋的实际应用案例，例如，负折射超材料在实现亚波长成像、构建高效天线、以及设计新型光学器件等方面的潜力。我还对负折射材料在电磁隐身、信息传输等领域的应用前景非常感兴趣。这本书将为我提供一个机会，重新审视并深入理解这个令人着迷的物理学领域，并了解它如何影响着未来的科技发展。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题本身就透露出一种高端和专业的气息，我是一名在纳米技术领域工作的研究人员，一直对新兴的材料科学和物理学前沿课题保持着高度的关注。负折射超材料，尤其是其在光学和电磁学领域的潜力，一直是我的研究兴趣之一。我非常期待这本书能够提供关于负折射超材料的“Fundamental Principles”的深入探讨，例如，从量子力学的角度解释其工作机制，或者从固体物理学的角度分析其微观结构与宏观性质之间的关系。我希望作者能够详细介绍各种构建负折射超材料的物理模型和理论框架，并对其中的数学推导进行清晰的阐述。我相信，一本优秀的专业书籍，不仅要给出结论，更要展示得出结论的严谨过程。在“Applications”方面，我尤其关注其在光子学和通信领域的实际应用前景。例如，我希望能看到关于负折射超材料在设计新型透镜、构建波导、实现电磁波的完美吸收或定向传输等方面的详细介绍。我对于那些能够突破衍射极限的超材料器件特别感兴趣，因为这对于提升成像分辨率和信息传输密度具有极其重要的意义。此外，我也希望书中能够涉及一些前沿的、尚未完全成熟的应用方向，并对未来的发展趋势进行预测和展望。例如，在能源收集、传感器技术、甚至生物医学成像等领域，负折射超材料是否能够带来革命性的突破？我希望这本书能够为我们这些研究人员提供坚实的理论基础和广阔的应用思路，帮助我们更好地开展相关研究。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在信息科学领域从事研究的学者，一直以来，我都对如何更高效、更精准地传输和处理信息充满了探索的欲望。当看到《Negative-Refraction Metamaterials: Fundamental Principles and Applications》这本书时，我立刻被它所蕴含的革命性潜力所吸引。我非常看重这本书在“Fundamental Principles”部分，对于负折射超材料电磁特性背后物理原理的深入阐释。我期望作者能够详细介绍，如何通过设计人工微纳结构，实现对电磁场的奇异调控，从而获得负的介电常数和磁导率。这其中涉及到电磁场理论、周期性结构物理，以及有效介质理论等复杂内容，我希望本书能够以一种清晰、系统的方式进行讲解，并辅以必要的数学推导和物理图像。我特别希望能够理解，不同结构类型的超材料（如基于谐振单元的超材料、梯度折射率超材料等）在实现负折射方面的异同，以及它们各自的优势和局限性。在“Applications”方面，我更关注负折射超材料在信息传输和处理方面的实际应用。例如，我希望能看到关于如何利用负折射材料设计超薄、高性能的透镜，实现亚波长成像，从而提高信息获取的分辨率。我还对负折射材料在构建新型天线、滤波器、波导，以及实现电磁波的定向传播和聚焦方面的应用非常感兴趣。这些应用潜力，对于突破当前信息技术发展的瓶颈，实现更高密度、更快速度的信息传输，具有极其重要的意义。

评分☆☆☆☆☆

在我看来，一本能够将“Fundamental Principles”和“Applications”如此紧密地结合在一起的书，本身就具备了非凡的价值。我是一名从事材料研发的工程师，我一直致力于寻找那些能够为现有技术带来突破性改进的新型材料。负折射超材料，正是这样一个让我眼前一亮的概念。我希望这本书能够为我提供关于负折射超材料的“Fundamental Principles”的全面而深入的讲解。我期望作者能够从材料的微观结构出发，详细解释其如何能够展现出负的介电常数和磁导率，以及这些参数与宏观的折射行为之间的内在联系。我希望能够理解，不同的超材料设计，例如基于谐振单元的超材料、基于梯度折射率的超材料，它们各自的构建原理和性能特点。这其中必然涉及到复杂的电磁学理论和数值计算方法，我希望本书能够提供清晰的指导，帮助我掌握这些分析和设计工具。在“Applications”方面，我尤其关注那些能够直接应用于产品开发和技术创新的案例。我希望能看到负折射超材料在光学器件设计中的具体应用，例如，如何利用它们制造出超薄、高性能的透镜，实现更好的成像效果。我还对负折射材料在通信领域，例如设计新型天线、滤波器，以及在电磁隐身技术方面的应用非常感兴趣。这本书将为我提供宝贵的理论知识和工程启示，帮助我更好地理解和应用负折射超材料，并将其转化为实际的创新成果。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就足够吸引我了，那种深邃的蓝色，加上一些错综复杂的几何图形，隐约透着一种神秘而又前沿的科技感，让我迫不及待想翻开看看里面究竟讲了些什么。我平时就对物理学的一些奇特现象，特别是那些挑战我们直觉的理论很感兴趣，而“负折射”这个词本身就充满了这种颠覆性的意味。我猜想这本书应该会从最基础的原理讲起，就像一个严谨的科学家，一步一步地搭建起理解负折射现象的知识框架。我尤其期待它能解释清楚，为什么一些物质能够做到“负折射”，这与我们日常接触到的普通物质有什么本质的区别？是不是涉及到一些我从未接触过的物理概念，比如左手材料、电磁场的奇异行为等等。另外，这本书的副标题“Fundamental Principles and Applications”也点明了其内容的核心。我非常好奇，在讲完基本原理之后，它会如何将这些抽象的概念转化为具体的应用。我设想，书中可能会列举一些令人惊叹的例子，比如隐身衣、超分辨率成像，甚至是一些我连想都没想过的黑科技。毕竟，物理学的进步往往就是从基础理论的突破，最终走向改变我们生活的实际应用。我希望作者能够用通俗易懂但又不失严谨的方式来解释这些复杂的概念，这样才能让像我这样的普通读者也能从中受益。如果书中能配上一些精美的图示和示意图，那就更完美了，毕竟有些物理概念单凭文字描述是很难完全理解的。总而言之，这本书在我看来，不仅仅是一本关于物理学的专业书籍，更像是一扇通往未知科学世界的大门，充满了探索的乐趣和无限的想象空间。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题《Negative-Refraction Metamaterials: Fundamental Principles and Applications》让我立刻联想到那些能够打破常规、创造奇迹的科学概念。我是一名对物理学和工程学交叉领域有着濃厚兴趣的学生，一直以来，我都渴望了解那些能够深刻改变我们认识世界方式的前沿科学。负折射，这个听起来就充满颠覆性的概念，以及由它衍生的超材料，正是当前科学界最令人兴奋的研究方向之一。我非常期待这本书能够从最基础的物理原理出发，深入浅出地讲解“负折射”究竟是什么，以及它为何能够实现。我希望书中能够清晰地阐述，为什么某些人工设计的材料能够表现出负的介电常数和磁导率，并导致光线以与常规材料截然不同的方式传播。我希望作者能够用生动的语言和形象的图示，帮助我理解那些抽象的物理概念，比如电磁波的波矢、相位和群速度之间的关系，以及它们在负折射材料中的奇异行为。在“Applications”方面，我更是充满想象。我希望看到，负折射超材料如何被应用于实际的器件和技术中，例如，制造出能够实现亚波长成像的“完美透镜”，从而突破传统光学显微镜的分辨率极限。我还对负折射材料在隐身衣、新型天线设计，以及电磁能量的聚焦和传输等方面的应用潜力非常感兴趣。这本书对我来说，将是一扇探索科学前沿、激发创新思维的窗户。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版，对于我来说，无疑是一次宝贵的学习机会。我是一名在光学工程领域工作的工程师，长期以来，我一直关注着材料科学的最新进展，特别是那些能够对现有光学器件性能产生颠覆性影响的新型材料。负折射超材料，正是这样一个极具潜力的领域。我非常看重这本书在“Fundamental Principles”方面的详尽阐述。我期望它能够深入剖析负折射的物理本质，从电磁波与超材料相互作用的微观机制出发，解释其独特的电磁响应。我希望书中能够详细介绍各种超材料结构的设计原理，例如，单元结构的形状、尺寸、排列方式等如何影响整体的电磁特性。同时，我也希望它能够提供一套完整的理论分析方法，包括数值模拟和理论计算的手段，来预测和设计具有特定负折射性能的超材料。在“Applications”方面，我尤其关注那些与实际工程紧密相关的应用。我希望书中能够详细介绍负折射超材料在制造超薄透镜、高增益天线、电磁隐身器件、以及超分辨率成像系统等方面的具体设计方案和性能指标。我特别想了解，如何将这些实验室中的概念转化为可制造、可量产的光学器件。此外，我也希望书中能够探讨负折射超材料在光学信号处理、光通信、以及集成光电子学等新兴领域的应用前景，并对相关的技术挑战和发展趋势进行分析。这本书对我而言，将不仅仅是一本理论参考，更是一份指导我进行工程实践和技术创新的重要资料。

评分☆☆☆☆☆

我之前在一些科普文章中零星地接触过“超材料”这个概念，当时就觉得非常神奇，尤其是提到它能够实现一些自然界中不存在的电磁学特性，比如负折射。因此，当我看到这本《Negative-Refraction Metamaterials: Fundamental Principles and Applications》时，几乎没有任何犹豫就决定要好好研究一下。我非常看重这本书在“Fundamental Principles”这部分的内容。我知道，很多时候，对一个新技术的理解，关键在于是否能够掌握其背后深层的物理原理。我希望作者能够深入浅出地讲解负折射的物理机制，例如，它与介电常数和磁导率之间的关系，以及如何在微观结构层面实现这些奇异的电磁响应。我想象书中可能会涉及一些麦克斯韦方程组的特殊解，或者是一些关于人造周期性结构的电磁场耦合理论。如果作者能够从更广泛的电磁学理论基础出发，逐步引出超材料和负折射的构建，那就更好了。我希望它能解释清楚，为什么传统的材料无法实现负折射，而超材料又是如何通过巧妙的设计来克服这些限制的。此外，我特别期待它能够详细介绍不同类型的负折射超材料，例如基于谐振单元的超材料、基于渐变结构的超材料等等，并分析它们各自的优缺点以及适用范围。对于“Applications”这部分，我同样充满期待。我希望能看到那些真正具有颠覆性的应用案例，而不仅仅是理论上的构想。例如，关于隐身衣的讨论，我非常想知道它的工作原理，以及目前在技术上还有哪些挑战需要克服。还有超分辨率成像，这对于光学显微镜的发展具有里程碑式的意义，我希望书中能详细介绍其实现原理和潜在的应用领域。总而言之，我希望这本书能够提供一个全面而深入的视角，让我对负折射超材料这一前沿领域有一个系统而透彻的认识。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在凝聚态物理领域进行理论研究的学生，我对“负折射”这一现象背后的物理机制充满了浓厚的兴趣。这本书的标题，直接点出了我所关注的核心——“Negative-Refraction Metamaterials: Fundamental Principles and Applications”。我非常期待书中能够从一个更加宏观和微观结合的角度，深入剖析负折射产生的物理根源。我希望作者能够详细阐述，当电磁波在周期性人工结构中传播时，其介电常数和磁导率为何能够被设计成负值，并引发负折射现象。这其中涉及到散射理论、布拉格衍射、以及有效介质理论等一系列复杂的物理概念，我希望能在这本书中找到清晰的讲解和严谨的数学推导。我尤其希望能够深入理解，不同的超材料结构，例如线圈-偶极子结构、开口环结构等，是如何影响其电磁响应的，以及如何在理论上精确描述它们与电磁波的相互作用。在“Applications”方面，我希望能够看到一些能够启发我们进行理论创新的案例。例如，负折射材料在构建“完美透镜”方面的潜力，能够突破传统的衍射极限，实现亚波长尺度的成像，这对于理解物质的微观结构具有极其重要的意义。此外，我也对负折射材料在电磁波的控制和操纵方面的应用感兴趣，比如负折射效应是否能够用于实现新型的波导、滤波器，甚至是能量的定向传输。这本书将为我提供一个坚实的理论基础，并引导我对超材料的物理本质进行更深入的探索。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对物理学充满好奇心的爱好者，虽然不是专业背景，但我一直以来都非常着迷于那些能够挑战我们日常认知的科学现象。负折射这个概念，听起来就充满了魔幻色彩，好像能够让光线以一种“反常”的方式传播。因此，我非常期待这本书能够从一个非常基础的层面开始，用尽可能通俗易懂的语言来解释“负折射”究竟是什么，它为什么会发生，以及它与我们生活中常见的“正折射”有什么不同。我希望书中能够用一些生动的比喻和形象的插图来帮助我理解那些抽象的物理概念，比如介电常数和磁导率这些听起来就很复杂的术语，是如何影响光线传播方向的。我希望作者能够用一种讲故事的方式，引导我一步一步地走进负折射的世界，让我能够理解那些“左手材料”和“右手材料”的区别，以及为什么有些材料只能实现正折射，而有些则可以实现负折射。另外，这本书的另一半“Applications”也让我非常感兴趣。我听说负折射材料可以用来制造“隐身衣”，这听起来就像科幻电影里的情节，我迫切想知道这是如何实现的，以及目前技术上是否已经达到了可以实际应用的程度。还有，我也听说负折射材料在成像方面有独特的优势，比如能够突破衍射极限，实现超高分辨率的成像，这对于我们观察微观世界是否有革命性的改变？我希望这本书能够让我这些非专业人士也能感受到科学的魅力，并对这些神奇的技术有更直观的认识。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆