单负材料异质结构的共振隧穿模频率特性仿真研究

基于微带线理论采用加载集总元件的方法设计单负材料,当两材料的波阻抗和有效相移相等时出现共振隧穿模.针对实验制备中集总元件频率响应的限制,通过改变单负材料的厚度实现在特定集总元件情况下对隧穿频率的调节,隧穿模频率随材料厚度增大而向低频移动.     

含单负材料的光子晶体的缺陷模和透射谱

用传榆矩阵法分析了由2类单负材料组成的含缺陷一维光子晶体的缺陷模及透射谱。结果表明：当缺陷为一层单负材料时。零有效相位带隙中出现2个缺陷模,且缺陷模的频率可通过缺陷层的厚度和2种单负材料的厚度比来调节。当缺陷为1组单负磁导率材料和单负介电材料组成的双缺陷时,通过选取合适的参数满足平均磁导率和平均介电常数都为零时,带隙中未出现缺陷模,而且带宽保持不变,带边电场也随着双缺陷厚度的增加而被强烈的局域。     

单负材料光子晶体中的可调共振隧穿模

用传输矩阵方法研究了由两种单负材料构成的一维光子晶体的透射特性.研究发现:这种结构的光子晶体具有2个共振隧穿模,并且2个共振隧穿模能够通过改变缺陷层的厚度或改变两种单负材料的厚度比进行调节.这种特性可用来制作可调的双通道滤波器.     

含单负材料的一维光子晶体异质结构的缺陷模分裂

由两种单负（负介电常数或负磁导率）材料交替堆叠而成的一维光子晶体异质结的周期结构中，发现了缺陷模的孪生分裂现象。在此异质结中，仅有一光子晶体存在零有效位相（zero-φeff）带隙。计算结果显示，随着异质结的周期数增加，（zero-φeff）带隙内的缺陷模将发生分裂，分裂后的缺陷模对称地分布在带隙中央的两侧。当异质结的周期数为偶数时，总能在（zero-φeff）带隙中找到两缺陷模，其频率与异质结的周期数为2时的缺陷模相同；对应这两缺陷模频率的电场在异质结构中传播时，呈周期的丛生状分布。     

铁磁共振下磁各向异性材料的负折射特性研究

利用Landau-Lifshitz-Gilbert模型理论计算了铁磁共振条件下天然材料锰钙钛矿薄膜的张量磁导率,发现铁磁共振能够获得负的磁导率,而锰钙钛矿材料特有的庞磁电阻效应可以得到负的介电常数,这使得负折射率成为可能.结合麦克斯韦方程组,分析了铁磁共振时材料的微波传播特性.研究结果表明,在外磁场下天然锰钙钛矿材料不仅可以获得负折射率,更重要的是负折射的工作频率受到了外磁场强弱的调制,材料具备了可调谐特性.     

含单负特异材料阵列结构的透射特性

利用共振隧穿机制,对三层结构阵列的透射特性进行了研究。在特定条件下,由一层单负特异材料和两层介质组成的三层结构可实现隧穿。为了进一步改善透射性质,将三层结构作为基本单元,与空气层排列成周期型阵列结构。研究结果表明,三层结构在周期型阵列结构中所占比例对透射率有很大的影响,并且发现周期型阵列结构与三层结构相比透射率显著提高。     

高k栅栈MOSFET共振隧穿模型

针对高介电常数（k）栅堆栈金属氧化物场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET）实际结构,建立了入射电子与界面缺陷共振高k栅栈结构共振隧穿模型.通过薛定谔方程和泊松方程求SiO2和高k界面束缚态波函数,利用横向共振法到共振本征态,采用量子力转移矩阵法求共振隧穿系数,模拟到栅隧穿电流密度与文献中实验结果一致.讨论了高k栅几种介质材料和栅电极材料及其界面层（IL）厚度、高k层（HK）厚度对共振隧穿系数影响.结果表明,随着HfO2和Al2O3厚度减小,栅栈结构共振隧穿系数减小,共振峰减少.随着La2O3厚度减小,共振峰减少,共振隧穿系数却增大.随着SiO2厚度增大,HfO2,Al2O3和La2O3基栅栈结构共振隧穿系数都减小,共振峰都减少.TiN栅电极HfO2,Al2O3和La2O3基栅栈比相应多晶硅栅电极栅栈结构共振隧穿系数小很多,共振峰少.     

极化磁化方程与负折射率材料

在新的极化磁化方程的基础上,在线性各向同性介质中,导出相对介电常数与相对磁导率之间的关系,解释极化现象和磁化现象是完全对称的,相对介电常数与相对磁导率可以同时为负,不可以一正一负．给出了介质中的洛仑兹力公式．根据能量守恒定律、介质中的洛仑兹力公式、介质极化磁化方程以及法拉第电磁感应定律,导出介质中的能流密度和介质中的能量密度．指出相对介电常数与相对磁导率同为负时,介质中能量密度仍为正．     

浅析双负材料的原理及应用

双负材料(又称左手材料)是指介电常数和磁导率均为负的材料,双负材料具有与普通材料不同的电磁特性.双负材料在实验上取得了突破性的进展,各种特性逐渐被实现,文章对双负材料的原理和应用进行了研究.     

基于固体软板与空心圆柱双负声超常材料实现

在环氧树脂软板中周期性引入钢柱,利用其表面模集体共振激发,实现了负的有效质量密度响应.在空心钢柱周期性切缝构造亥姆赫兹共振腔结构,实现了负的体模量响应.复合以上2种结构,实现了质量密度和体模量同时为负的双负声超常材料.与现有的基于三维共振单元的双负材料相比,这种基于二维共振单元的双负超常材料结构更简单,易于制备.     

Left-handed properties of a composite structure with metallic wires in a homogeneous Lorentz medium

The electromagnetic properties of a composite structure with metallic wires in a Lorentz medium were studied. The results show that the electromagnetic properties of the medium host influence the plasma resonance of metallic wires and the left-handed character of the composite. The plasma frequency of metallic wires reduces with the rise of permittivity or permeability of the medium host. Also, the negative permeability of the medium can destroy the wires' plasma resonance and prevent the realization of left-handed properties. The high loss of medium permittivity or permeability also inhibits the metallic plasma resonance. The negative influence of the media host on the left-handed properties of the composite structure can be effectively reduced by proper structure design, such as introducing a nonmagnetic medium in the host or using an anisotropic medium.     

基于渔网结构的人工电磁材料结构参数研究

提出了一种基于渔网结构的新型低损耗改进型渔网结构左手材料,研究了其传输特性和材料有效电磁参数,计算表明其具有较宽的负折射带宽和左手带宽(介电常数和磁导率同时为负),同时数值研究了提出的结构的几何参数变化对材料电磁参数的影响.结果表明在结构参数相当大范围内保持了材料的左手物理特性.     

Single-negative properties of Ba2Co1.8Cu0.2Fe12O22 and Ba3Co2Fe23.4Zn0.6O41 hexagonal ferrites

The electromagnetic properties of Ba₂Co_1.8Cu_0.2Fe₁₂O₂₂ (Co₂Y) and Ba₃Co₂Fe_23.4Zn_0.6O₄₁ (Co₂Z) were studied by measuring microwave scattering parameters. In the transmission spectra of Ba₂Co_1.8Cu_0.2Fe₁₂O₂₂, a forbidden band emerges due to ferromagnetic resonance, and the permeability will turn to negative in the vicinity of the ferromagnetic resonance frequency. In the complex permittivity spectra of Ba₃Co₂Fe_23.4Zn_0.6O₄₁, the negative permittivity can be obtained due to dielectric resonance. Therefore, Co₂Y and Co₂Z can be used to construct left-handed materials possessing negative permeability and negative permittivity simultaneously.     

一维异质结构光子晶体全方位窄带滤波

研究了由两类单负材料组成的一维异质结构光子晶体异质结构的透射谱及场分布。选择合适的参数,使得一维异质结构光子晶体的平均磁导率和平均介电常数均为零,发现其禁带中出现了一个很窄的共振传播模式,位相延迟为零,该通带内电、磁场被强烈的局域,并且只要满足零平均磁导率和零平均介电常数的条件,这种传播模式不会随着入射角度的改变而移动,可以用来设计全方向单通道滤波器。     

电磁波在填充非线性左手介质平板波导中的传播

对填充非线性左手介质理想导体平板波导中横电波(TE波)进行了理论分析,得到其电磁场分布和色散方程.通过数值计算,给出了部分TE波低次模的色散关系曲线.结果表明,当电磁波频率为4～6GHz时,介质的电容率和磁导率都为负;电磁波在此种波导中的各次模的色散程度随电磁波频率的增大而近似线性增大;在板间距离相同时,低次模的色散比高次模的色散大;随着板间距离的增大,电磁波在波导中的相速度线性增大;当电磁波的频率一定时,波导的色散程度随波导两板间距离增大而线性增大.     

电磁波在介电常数和磁导率俱为负数的媒质中的传播

从理论上分析了电磁波在介电常数和磁导率同时为负数的媒质中的传播特点.详细讨论了电磁波以垂直入射和斜入射两种方式照射到不同媒质的分界面时,电磁波的传播规律,介绍了右手物质和左手物质的分界面对电磁波传播的影响,并与两种右手物质的分界面对电磁波传播的影响进行了比较.     

具有谐振特性的双通带左手材料的设计

通过对谐振型左手材料的理论分析,提出了一种新型双通带左手材料的单元结构.该结构由E型和双谐振环形构成的谐振器与金属线组合而成,其中谐振器实现负磁导率,金属线实现负介电常数.利用电磁仿真软件,分析该材料单元结构的谐振特性,提取该结构的折射率、波阻抗以及介电常数、磁导率.仿真结果表明:该结构在其工作频段内存在2个通带,并且在这2个通带内该结构都具有左手特性.     

Isotropic negative permeability composite based on Mie resonance of the BST-MgO dielectric medium

Isotropic negative permeability composite, composed of BST-MgO dielectric cubes with high permittivity dispersed in the Teflon substrate with low permittivity, was designed and fabricated based on Mie resonance and the effective medium theory. Measurements and simulations showed that the dielectric composite exhibited a strong sub-wavelength magnetic resonance at the first Mie resonance and possessed isotropic negative permeability, which resulted from the displacement current excited in the cubes. The dielectric particle was equivalent to a magnetic dipole at the magnetic resonance, which could be adjusted by the size and permittivity of the particles. It may provide a convenient method to design isotropic metamaterials and invisible cloak at infrared and visible frequencies.