相对论性电子气：自然界左手材料的候选者

相对论性电子气的介电常数和磁导率在有限温度和密度下通过量子电动力学计算，作为温度、化学势、频率和波矢的函数。极化和磁化线性依赖于电场和磁场，并且是零温度和零密度真空部分与温度和化学势相关介质部分之和。解析计算导出了依赖于三个标量函数的广义表达式。在非相对论极限下，结果重现Lindhard公式。在相对论情形和长波极限下，我们得到：i) 对于$\omega=0$，广义磁化率退化为已知的非相对论极限；ii) 对于$\omega \neq 0$，在零温和高温下的Drude型响应。后者意味着可能同时有$\epsilon$和$\mu$为负，这是超材料（metamaterials）的特性。这明确表明相对论性电子等离子体是实现负折射率系统的自然候选者之一。此外，介质中的麦克斯韦方程给出了电子等离子体的色散关系和折射率。本结果应与等离子体物理、天体物理观测、同步辐射光源和其他具有快速运动电子的环境相关。