手性超材料是指一类比天然材料呈现更强手征性质的人工复合材料，在电磁信号极化形成、转换、选择和吸收，以及新型电子器件制造等方面有广泛的应用。作者在介绍了当前手征超材料研究现状和制备技术的基础上，重点阐述了自然螺旋结构和人工复合电磁超材料手征性的基本原理，介绍了微波和太赫兹人工手征超材料设计方法、特征分析、实验验证与典型应用。

本书适合从事相关研究的大专院校教师、研究生和科研人员的参考书。

　　自然及人工复合材料的分子与单元结构对电磁场的响应有重要的影响，其宏观电磁场属性及其与带电粒子在空间和材料中的相互作用遵循经典的麦克斯韦方程和本构方程总结的基本规律。超材料超材料（metamaterials）是近十多年发展起来的一种基于亚波长结构设计、具备某些超出常规物理特性的人工复合材料。超材料的提出突破了传统材料的设计思想，预示着人们可以直接通过材料物理尺度上有序单元的结构设计结构设计来获得等效的表观性能，从而研制出期望的新材料、预测新现象、发现新原理和新应用。基于手性单元结构设计的人工手征电磁材料是新型人工电磁材料中具有特殊性质的一类，相比普通材料,手征介质材料具有能够引起电场与磁场的交叉耦合,调节手征结构（手征参量），还可改变电磁波在手征介质材料中的传播特性。因此，手征介质材料提供了更多调控电磁波传播的参量，在通信、雷达和电子对抗等领域有广泛的应用。本书是由南京理工大学超宽带雷达研究实验室与白俄罗斯戈梅利国立大学电波传播物理研究实验室双方团队相关教授合作撰写的。中白两国作者分别从事电磁超材料、介质光学及超材料电磁传播电磁传播理论研究多年，2018年起在国家自然科学基金和国际合作基金资助下开展有关超材料理论与设计的合作研究，重点开展了基于螺旋结构等手性超材料的设计与实现等方面的研究工作。本书呈现的是双方团队近年来在手性超材料各自及合作研究的部分成果。

　　第1章介绍了超材料及手征材料的基本概念，回顾了发展历程及典型应用，介绍了该研究领域具有代表性的人物及主要学术研究动态。

　　第2章介绍了自然手性材料的分子结构、特征及典型实例、手性材料的本构方程及手性的表征和参数计算、自然与人工螺旋结构手性超材料及其电磁隐身和吸波涂层方面的典型应用，以及超材料的常规制备技术与典型的工艺。 

　　第3章介绍了螺旋结构手性超材料的电磁波极化机理、设计及参数优化方法，基于螺旋结构手性材料电磁绕射隐身设计方法，不同入射角电磁波与螺旋结构阵列相互作用及其电磁传播机理，以及Ω形结构人工复合材料的微波电动力学。

　　第4章研究了太赫兹波段基于螺旋结构的手性超材料和手性补偿超材料的设计与实验验证方法，分析了手性材料的极化面旋转及其圆二色性，研究了单层和双层螺旋结构手性超材料的边值求解问题、阻抗特性和非对称电磁传播问题。

　　第5章基于电动力学相似性原理，研究了脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，DNA）和蛋白质等螺旋形生物分子结构、DNA双螺旋任意片段电磁波辐射模型、DNA螺旋结构最佳仰角、与电磁场的相互作用和极化选择性等问题，给出了类DNA的双螺旋体和单螺旋体对微波吸收、反射和传播的实验结果。

　　第6章从单层平面手性结构材料的设计、手征特性分析和实验制备方法，逐步拓展到双层乃至多层堆叠结构手性材料的设计、手性材料圆二色性和圆转化二向色性等特征分析与制备技术，并在此基础上介绍平面手征材料的几个典型应用与实验验证。

　　第7章介绍了基于双层和多层平面结构互连形式（如金属过孔）的立体手性材料结构设计方法与制备方法；分析了不同结构手征材料的圆二色性和圆转化二向色性； 给出了多层互连结构手性材料的典型应用和实验验证结果。

　　本书和第1章绪论由宋耀良教授和西姆琴科(Igor Semchenko)教授、哈霍莫夫(Sergei Khakhomov)教授共同撰写； 第2~5章由西姆琴科教授和哈霍莫夫教授撰写，王雷副研究员翻译，宋耀良教授对相关内容进行了调整和补充； 第6~7章由宋耀良教授撰写； 各章由宋耀良教授和王雷副研究员统稿。

　　本书的研究是在国家自然科学基金项目（61571229）和自然科学国际合作基金BRFFR（61811530060）的资助下完成的，其出版列入“变革性光科学与技术丛书”，得到了国家出版基金的资助。在此感谢南京理工大学超宽带雷达研究实验室和白俄罗斯戈梅利国立大学电波传播物理研究实验室同事们在实验样品制作和测试、讨论和解释实验结果时提供的帮助； 特别感谢穆童博士研究生和沈凌宇硕士研究生在最后两章材料准备和撰写、李逸桐和毛锦峰硕士研究生在稿件编辑过程中所做的大量工作； 感谢萨莫法洛夫(А.Л.Самофалов)、巴尔马科夫(А.П.Балмаков)、阿莎德齐(В.С.Асадчий)，法雅耶夫(И.А.Фаняев)等学生在撰写过程中做出的贡献。

　　本书配有实验视频和动画等资源，请扫二维码观看。

第1章绪论

参考文献

第2章手性材料及其制备方法

2.0引言

2.1手征性及其电磁波传播特征

2.2基于螺旋单元的手性超材料及应用

2.2.1采用螺旋结构的双负介质单元设计

2.2.2螺旋单元绕射隐身特性的研究

2.2.3基于螺旋单元结构的超材料及其实际应用

2.3超材料的常用制备方法

2.3.1基于DNA的纳米技术

2.3.2人工手征性材料和超材料的制造方法

2.4光子晶体的制备技术及其改进

2.5基于激光光刻技术的二维和三维光学超材料

2.6微波频段基于螺旋单元二维周期阵列的制备方法

2.7太赫兹波段Ω形结构超材料制备方法

2.8太赫兹波段基于螺旋结构超材料的制备方法

2.9含有螺旋形金属复合材料的制造方法

参考文献

第3章微波频段螺旋结构手性超材料特性及优化设计

3.0引言

3.1基于螺旋结构的电磁波极化机理

3.1.1螺旋单元产生的电矩和磁矩的计算

3.1.2螺旋体圆极化波被动辐射机理与参数的计算

3.1.3二维手性结构反射的实验研究

3.2手性螺旋体结构参数的最优设计

3.3圆柱目标无反射的电磁波绕射仿真

3.3.1最优形状螺旋体人造无反射微波绕射结构

3.3.2最优形状平滑螺旋体圆柱目标的微波绕射仿真

3.4不同入射角下电磁波与微螺旋体阵列的相互作用

3.4.1倾斜入射时的几何关系

3.4.2介质中波的传播特性

3.4.3边界条件下的解、反射和透射系数

3.4.4各向异性超材料的特性及布儒斯特效应

3.5多层复合螺旋结构阵列中的电磁波

3.5.1本征模态

3.5.2双折射补偿的影响

3.6螺旋结构体的法向入射波

3.6.1问题描述

3.6.2数值分析

3.7Ω形螺旋结构人工复合材料的微波电动力学

3.7.1局部Ω参数对其布拉格反射的影响

3.7.2电磁波极化平面旋转与内含Ω形螺旋结构体的相互作用

3.7.3Ω形结构阵列参数的计算和优化

参考文献

第4章太赫兹螺旋结构手性超材料特性及优化设计

4.0引言

4.1巨手性人工各向异性螺旋结构研究

4.1.1螺旋体的最佳结构形状设计

4.1.2介电常数、磁导率与手性参数随频率变化关系的分析和

数值仿真

4.1.3巨手性人造螺旋结构模型

4.1.4实验与数值模拟结果的对比分析

4.2具有补偿手性超材料的低反射特性研究

4.2.1螺旋体阵列的优化组合

4.2.2半导体柱面框架及左右螺旋体间隙对超材料等效参数影响的

分析

4.2.3反射波和透射波分析与阵列参数确定

4.2.4实验与数值模拟结果的对比分析

4.3手性补偿高吸波超材料的特性研究

4.3.1二维阵列基底结构超材料的边值问题解与透射系数和反射

系数计算

4.3.2实验与数值模拟结果的对比分析

4.4单组分手性超材料中存储和吸收的场能量

4.4.1备选方案

4.4.2案例

参考文献

第5章自然螺旋结构及其手征特征分析

5.0引言

5.1脱氧核糖核酸的极化选择性

5.1.1具有周期性结构的脱氧核糖核酸分子

5.1.2脱氧核糖核酸分子的活性区域

5.2脱氧核糖核酸分子的最佳结构参数分析

5.3脱氧核糖核酸手性物质的分子螺旋模型

5.4理论研究结果的实验验证

5.4.1类单DNA和双DNA螺旋结构的微波实验研究

5.4.2脱氧核糖核酸的光学实验研究

参考文献

第6章平面手性超材料的结构设计与制备

6.0引言

6.1单层平面手性超材料结构设计及其特征分析

6.1.1非对称SRR手性结构设计与特征分析

6.1.2嵌套SRR手性结构设计与特征分析

6.1.3阿基米德螺旋手性结构及特征分析

6.2双层平面手性超材料结构设计与制备

6.2.1双层SRR手性结构设计与特征分析

6.2.2嵌套双层SRR手性结构及特征分析

6.3多层平面手性超材料结构设计与制备

6.3.1多层SRR平面手性结构设计与特征分析

6.3.2多层类DNA螺旋平面手性结构与特征分析

6.3.3多层锥形组合SRR平面手性结构与特征分析

6.4平面手性结构超材料应用

6.4.1平面手性结构超材料的极化旋转与极化转换

6.4.2平面手性结构吸波超材料

6.4.3平面手性结构超材料加载阵列天线

6.5基于PCB的平面手性结构超材料的制备与实验

参考文献

第7章立体手性结构超材料多层互连设计与制备

7.0引言

7.1双层平面互连手性结构设计与特性分析

7.1.1双层单SRR互连结构设计与特性分析

7.1.2双层非对称双SRR互连结构设计与特性分析

7.1.3双层嵌套SRR互连结构设计与特性分析

7.2多层平面互连结构手性材料设计与制备

7.2.1多层半圆环互连结构设计与特征分析

7.2.2多层嵌套SRR互连结构设计与特征分析

7.2.3多层锥形螺旋互连结构设计与特征分析

7.3类DNA螺旋立体结构设计与制备

7.3.1类DNA双螺旋互连结构超材料与特征分析

7.3.2类DNA双环缠绕结构超材料与特征分析

7.4平面结构互连立体手性超材料应用

7.4.1平面结构互连手性结构超材料极化转换

7.4.2平面结构互连手性结构超材料吸波体

7.4.3平面结构互连手性结构超材料阵列天线设计

7.5平面手性结构互连立体超材料制备与实验

参考文献

索引

本书是在中白两国科技合作成果的基础上，共同编著的，内容涵盖手性超材料基本理论、制备技术、创新设计、手性分析、实验验证和典型应用，理论与实践紧密结合，在选题和内容上尚未发现同类型书籍。

宋耀良,1986年毕业于南京理工大学电子工程系，先后获学士、硕士和博士学位。2004年8月至2005年9月，英国牛津大学工程科学系访问学者，Researcher Fellow。多年来主要从事雷达理论与系统设计、人工电磁隐身材料、现代信号处理技术与信号处理等方面的研究。先后主持完成国防预研项目、部委重大专项子项、多项国家自然科学基金、总装和教育部等多项基金等，以及多项科技合作项目。先后获国防科学技术奖、部省级科技进步奖多项。