負折射率（介電常數和磁導率同時為負）的問題是近年來國際上非常活躍的壹個研究領域。當電磁波在負折射率材料中傳播時，電場E、磁場B和波矢k三者構成左手螺旋關系，因而負折射率材料又稱為左手性材料(left-handed materials)。Veselago 1968 年首次在理論設想了左手型材料。Pendry在1996年與1999年分別指出可以用細金屬導線及有縫諧振環陣列構造介電常數ε和磁導率μ同時為負的人工媒質。2001年，Smith等人沿用Pendry的方法，構造出了介電常數與磁導率同時為負的人工媒質，並首次通過實驗觀察到了微波波段的電磁波通過這種人工媒質與空氣的交界面時發生的負折射現象。盡管初期人們對Smith等人的實驗有許多爭論，但2003年以來更為仔細的實驗均證實了負折射現象。
產生負折射率現象有兩類材料。壹類材料是由於局域***振機制導致介電常數和磁導率同時為負，既材料具有有效的負折射率。這類材料又被稱為特異材料（meta materials）。Smith等人的有縫諧振環陣列就屬於特異材料。但是有縫諧振環陣列結構具有較大的損耗和較窄的負折射帶寬，在應用中會受到許多限制。另壹類材料是光子晶體，其本身並不具有有效的負折射率，但在某些特殊情況下光子能帶的復雜色散關系會導致負折射現象。在光子晶體中，電磁波在周期結構中的Bragg散射機制起著主要作用。盡管局域***振機制和非局域的Bragg散射機制都會產生負折射現象，但兩種機制各有特點。對於Bragg機制，人們已經了解的較為清楚，通過合適的光子晶體結構選取以及光子能帶設計，可以得到所需的負折射通帶。但Bragg機制要求周期結構的晶格常數要與能隙的電磁波波長相比擬，對微波波段將導致結構過大從而限制器件應用。另外，由於Bragg機制的非局域性，它對周期性結構的不完整性（如存在結構無序和缺陷）較為敏感。與Bragg機制相反，局域***振機制不要求周期結構的晶格常數要與能隙的電磁波波長相比擬，而且對無序和缺陷不敏感。但目前人們對利用局域***振機制設計負折射率材料的壹些關鍵問題了解不夠，例如如何增大負折射通帶帶寬、減小損耗等。提出另壹種制備特異材料的方法，該方法利用在微波傳輸線中周期性加載集總電感-電容***振單元來實現有效負折射率。與Smith 等人的有縫諧振環陣列結構比較，周期性集總電感-電容***振結構不僅具有較小的損耗和較寬的負折射帶寬，而且容易實現外場調控。
在負折射率材料中，電磁波的相速度（波矢方向）與群速度（波印廷矢量方向）的傳播方向相反，很多光學現象，諸如折射、多普勒頻移、切倫科夫輻射、甚至光壓等都要倒逆過來。突破媒質衍射極限的平面成像是負折射率材料的壹個重要應用，這方面的研究引起人們極大興趣。由於負折射材料在基礎研究及應用方面的重要意義，它被美國《科學》雜誌列為2003年十大重大突破之壹。有關負折射率材料的研究目前正在從深度和廣度兩個不同的層面迅速展開，許多新奇的理論與實驗結果不斷出現。以下僅列舉與本申請書相關的3個方面新進展。
（1）有關光子在負折射率材料界面與表面的奇異傳播行為的數值模擬結果發現，光子從正折射率材料向負折射率材料傳播時，在界面上反射光與折射光並不是同時出現，而是反射光先出現，折射光經過壹個稱之為“電容充電”過程後再出現。類似的“電容充電”在光子勢壘隧穿過程中也存在，但兩者之間的是否有聯系目前不清楚。
（2）有關含負折射率材料光子晶體的奇異輸運行為發現，由正、負折射率材料組成的壹維光子晶體中存在零平均折射率（n=0）能隙。該能隙不同於通常的Bragg能隙，即能隙的位置與晶格大小無關而且無序的影響很小。這方面的研究工作很活躍，將會拓寬人們對復雜人工結構中光子輸運行為的認識。
（3）利用局域***振機制設計負折射率材料。現有的負折射率材料是建立在局域***振導致介電常數和磁導率同時為負（又被成為雙負性材料）的基礎上，提出壹種新的機制來形成負折射率材料，即利用介電常數為正而磁導率為負（或介電常數為負而磁導率為正）的單負性材料單的交替周期性結構來實現有效負折射率。最近的研究表明特殊周期性集總電感-電容***振結構可以實現單負性材料，這方面的研究不僅使得負折射率材料的實現方式更為多樣化，而且將加深人們對形成負折射率機制的認識。