左手材料（Left-Handed Metamaterials）是近年来材料科学和物理学领域的研究热点之一。谈到左手材料，还得先从右手材料说起。在经典电动力学理论中，介电材料的电磁特性由介电常数ε和磁导率μ两个宏观参数描述。自然界中物质的ε和μ都是正数，当电磁波穿越其中时，描述电磁波传播特征的三个物理量电场方向E、磁场方向H和电磁波的传播方向K构成与三维空间坐标呈一一对应的右手螺旋关系（见图1），这就是物理学中经典的“右手定则”。这种规律被认为是物质世界的常规，是物理界不可动摇的基本定律，相应地，自然界中存在的符合“右手定则”的介电材料即为右手材料。

　　在经典电动力学中，如果物质的ε和μ一正一负，电磁波将无法在其中传播。但是，如果ε和μ两者都是负数时，情况会怎样呢？ 1968年，前苏联物理学家Veselago等人首次提出了大胆的假设，即如果人们能够制造出介电常数ε和磁导率μ均为负值的材料，那么“右手定则”将被推翻，取而代之的是电场方向E、磁场方向H和电磁波的传播方向K构成与三维空间坐标呈一一对应关系的左手螺旋关系（见图2）。至此，原本看似天经地义的物理学常规定律“右手定则”开始遭遇颠覆性的挑战。但是，由于当时Veselago等人的工作还仅限于纯理论性的研究，自然界中并未发现这类材料，也没有在实验中得到进一步验证，因此这一假设在学术领域长期未被接受。

图1 右手材料（ε>0，μ>0）	图2 左手材料（ε<0，μ<0）

　　直到1999年，英国科学家Pendry等人相继提出了可能构造左手材料的巧妙设计方法，即用金属条和开口金属谐振环周期性地规则排列，则有望在微波波段产生负等效ε和负等效μ。该构想一经报道，立即引起了学术界的浓厚兴趣。2000年，实验终于获得突破性进展，美国加州大学Smith教授首次在实验室中成功制造出了世界上第一块介电常数ε和磁导率μ均为负值的物质，从而用铁的事实证明了左手材料的存在。这一突破为迅速掀起左手材料热潮奠定了历史性的基础。此后，关于左手材料的研究逐年升温，曾被美国自然杂志评为“2003年度十大科技进展”，引起世人瞩目。2005年，世界上首例面向1.5微米红外线区域的人造左手材料在美国普渡大学研发成功。由于波长为1.5微米的红外线在目前的光通讯领域已被广泛采用，因此这次左手材料的研究进展，将使左手材料在光通讯领域有望大显身手。

　　左手材料的研究与开发对固体物理、材料科学、光学和应用电磁学等领域都将产生深远的影响。而左手材料研究迅速升温的最根本原因还在于它呈现出的许多新颖特性和未来十分广阔的应用前景。电磁波在左手材料中呈现许多新颖的行为和特性，例如光的负折射、负切连科夫（Cerekov）效应和反多普勒（Doppler）效应等等。如果以这种材料作为介质，原来认为根本不可能的焦点精度超过衍射极限的“超级完美透镜”就可能被制造出来，更小的移动电话和更大容量的DVD存储介质也有望面世。“一代材料，一代器件”，左手材料在许多新技术中的应用，如光刻蚀技术、近场光学显微技术、可选波长滤光技术和光学显示技术等，可能会在不远的将来改变我们的生活。