二维嵌套复式晶格磁振子晶体带结构的计算

基于基元替代法的思想,提出一种复式晶格结构的磁振子晶体模型,该模型用小尺寸的铁圆柱阵列替代简单正方晶格中的每个单圆柱基元,构成二维嵌套复式正方周期结构的磁振子晶体,并导出这种磁振子晶体的结构因子表达式.以氧化铕基底材料为例,通过数值计算自旋波在晶体中的带结构,研究了带隙宽随体积填充的变化行为.结果表明,嵌套复式晶格磁振子晶体在体积填充率不变的情况下,产生的低频带隙比简单晶格磁振子晶体的带隙要宽,从而达到优化和调节带隙结构的目的.     

二维嵌套复式三角晶格磁振子晶体的带隙结构

首先构造了二维嵌套复式三角晶格的磁振子晶体模型,其散射体由2个相切的大小相同的铁磁材料圆柱体构成,它们按照一定晶格常数三角排列在另一种铁磁材料基底中;其次,发展了可用于数值计算研究自旋波在嵌套复式三角晶格磁振子晶体中本征性质的平面波展开法.以2个相切的铁圆柱代替原来简单三角晶格中的1个铁圆柱,再以三角点阵排列在氧化铕基底材料中构成的二维嵌套复式三角晶格磁振子晶体为研究对象,通过数值计算自旋波在其中的带结构,研究了带隙宽随体积填充的变化行为,并与简单三角晶格的带隙结构进行比较.结果表明,嵌套复式三角晶格的磁振子晶体可以在更低的体积填充率下产生带隙,并且能够在更高频的情况下产生较宽的带隙,从而达到带隙优化的目的,为实现自旋波的可控操作提供了一种方案.     

二维非对称复式磁振子晶体带隙结构

提出一种非对称结构复式磁振子晶体模型,采用两种尺寸不同的柱状铁圆柱排列在氧化铕基底中.通过对第二个铁圆柱体(B)位于基底位置的调节,打破其在以往研究中对称排列结构,使其非对称填充在基底材料中.因这种不对称构型在第一布里渊区不可约,有必要在全部第一布里渊区内对带隙结构进行计算,研究非对称结构对磁振子晶体带隙结构的影响.同时,与未填充这个铁圆柱(B)时单圆柱方晶格的带隙结构进行比较.结果表明,在非对称度越高的位置填充铁圆柱体(B)将会有越多的带隙被打开,进而达到带隙优化的目的.     

一维线性函数磁振子晶体

利用平面波展开法计算了一维线性函数磁振子晶体和常规磁振子晶体自旋波的带结构.计算结果表明,函数磁振子晶体与常规磁振子晶体的带结构有明显区别,且一维线性函数磁振子晶体带隙的数目和宽度均随磁参数的变化而发生改变.因此,可以通过改变参数对一维函数磁振子晶体的带结构进行调节.     

体积填充率对二维磁振子晶体带隙结构的影响

采用平面波展开法,数值计算了铁圆柱正方排列在氧化铕基底材料中组成的二维磁振子晶体带结构,讨论了体积填充率f对带隙结构的影响,第1带隙在f=0.6处最大.最大宽度△Ω=2.366,第2带隙在f=0.7处最大.最大宽度△Ω=7.153.所得结果与已有文献中的结果存在一定的差异,收敛性检验表明,这主要是由于该文献的数值计算结果收敛程度不够好所造成的.     

阻尼效应对二维磁振子晶体带隙结构的影响

基于自旋密度序参量发展了含阻尼效应的磁振子晶体带结构计算的平面波展开法,采用该方法数值计算了铁/镍构成的二维磁振子晶体带结构,讨论了阻尼效应对磁振子晶体带隙结构的影响问题.计算结果表明,考虑阻尼效应后,自旋波在磁振子晶体中的色散关系将出现复带结构,自旋波沿不同方向传播表现出明显的各向异性.     

二维三组元局域共振磁振子晶体带隙结构的优化

采用平面波展开法,数值计算了二维三组元磁振子晶体的带结构、磁化强度场分布以及自旋波的态密度.研究表明,磁振子晶体带隙的产生机制为局域共振机制,而非布拉格散射机制,通过调节单散射体的共振结构,不仅能够使自旋波在低频范围内产生完全带隙,而且可实现自旋波带隙的优化.     

二维粗锐结构声子晶体带结构的计算

提出二维粗锐结构声子晶体模型,采用平面波展开法数值计算了不同体积填充率下二维正方粗锐和圆粗锐结构声子晶体的带结构.计算结果表明,利用粗锐结构的散射体同样可获得较宽的完全带隙,正方粗锐和圆粗锐结构的声子晶体最大带隙分别出现在体积填充率为f=0.3136和f=0.3216处.     

二维二组元磁振子晶体薄板带结构的计算

采用平面波展开法,数值计算了由钴(Co)方柱正方排列于坡莫合金(Py)中构成的二维二组元磁振子晶体薄板的自旋波能带结构,其中外加磁场方向平行于薄板平面.计算结果表明,自旋波的传播强烈依赖于外加磁场的方向,可分为向后体静磁体波和类Damon-Eshbach波2种情况.在所考虑的磁振子晶体薄板结构中没有完全带隙产生,但沿外磁场方向传播的向后体波有部分带隙打开.     

非圆形空气孔型二维光子晶体带隙率模拟

采用平面波展开法对两类晶格(三角晶格和正方晶格)及圆形空气孔或两种非圆形空气孔(正方形和六边形)构成的二维光子晶体带隙率进行了数值研究,分析了填充比f对带隙率ωR的影响.结果表明,晶格对称结构和空气孔形状对带隙大小有影响.给定晶格对称结构,选择具有相同对称形状的空气孔能得到较大的绝对光子带隙.在这3种空气孔当中,三角晶格对应六边形空气孔有最大带隙率,当填充比f=0.8时,带隙率ωR=23.3%;正方晶格对应正方形空气孔有最大带隙率,当填充比f=0.67时,带隙率ωR=14.7%.     

负折射率介质光子晶体光纤带隙结构的研究

提出了一种新型结构的负折射率介质光子晶体光纤,采用平面波法(PWM)分析了这种光子晶体光纤的带隙结构,研究了负折射率变化与负正折射率介质比变化对光子带隙结构的影响.分析结果表明,负折射率介质的光子晶体光纤的带隙数量和宽度随折射率和介质比变化而变化.取负折射率值为-1.5、负正介质填充比为0.88、空气孔间距为2.6 um时,可得到多条带隙和较大的带隙宽度,实现PBG导光的波长范围为1 225 nm-4 084 nm.     

方柱复式氮化硼结构固／气型声子晶体的带隙研究

将复式氮化硼（BN）结构引入固／气型声子晶体中,基元中有两个边长不同的正方柱体,用平面波法研究了其带隙结构,三角格子和石墨结构作为BN结构的特殊情况被包含在其中。研究发现,通过改变两正方柱体的填充率、截面边长比及绕其中心轴的旋转角度,就可调节整个声子晶体的带隙结构和范围,从而实现有选择性的滤波。与简单三角格子相比,普通复式BN结构及石墨结构更容易在小体积及低填充率条件下获得低频宽带隙。     

二维函数光子晶体不同函数形式对带隙结构的调控

用平面波展开法研究二维函数光子晶体介质柱介电常数不同的线性函数形式对横电(TE)波和横磁(TM)波带结构的影响. 数值计算结果表明: 二维函数光子晶体比二维常规光子晶体的带隙更宽; 通过变换介质柱介电常数不同的线性函数形式可使二维函数光子晶体的带隙个数、位置和宽度均发生变化, 从而实现对二维函数光子晶体带隙的调节.     

二维Honeycomb-kagome结构磁振子晶体中的狄拉克点与平带

在蜂窝(Honeycomb)结构磁振子晶体模型的基础上，提出了Honeycomb-kagome结构的二维磁振子晶体模型，它是由铁(Fe)圆柱按照Honeycomb-kagome结构排列在氧化铕(EuO)基底材料内构成的一种二维周期结构磁性复合材料系统。利用课题组提出的改进平面波展开法，数值计算研究了该系统里的磁振子带结构。结果表明，只要满足散射体密排即各Fe圆柱边缘相切的条件，在布里渊区K点处就会产生磁振子狄拉克点，通过调节不同密排圆柱体的半径比可以实现间接调控狄拉克点频率位置的目的。此外，在相切圆柱半径比相差较大情况下，会有磁振子平带现象的出现，这是不同于晶体中杂质态的一种拓扑局域态，是自旋波在Honeycomb-kagome结构中高度干涉叠加而形成。本文对磁振子狄拉克点的产生、调控和拓扑平带的研究，不仅拓展了凝聚态拓扑物理的研究内容，同时可为人工磁振子晶体应用于自旋波拓扑器件制作材料领域提供理论依据和一个平台。     

填充率对一维二元声子晶体杆带隙的影响

对一维二元(金属-金属型、金属-非金属型、非金属-非金属型)3类声子晶体杆,选择相同的晶格常数0.06m,不同的材料和填充率对其带隙进行计算。结果显示:金属-金属型结构的禁带频率较高,带宽较窄;金属-非金属型结构的带隙频率虽高,但比金属-金属型结构的低,且禁带宽度很大,适宜应用于高频振动控制;非金属-非金属型结构的带隙频率非常低,适宜应用于低频振动控制;当只改变散射体的填充率时,对于一维二元金属-金属型声子晶体与金属-非金属型声子晶体,都会出现第1带隙带宽最大而第2带隙带宽最小的情况。总之,填充率变化对3类不同材料组合类型声子晶体的带隙调控作用明显。     

锗圆柱构造的二维光子晶体带隙结构分析

采用平面波展开法研究了由锗圆柱构成的Triangular格子、Kagome格子和Graphite格子二维光子晶体的带隙结构,发现Kagome格子和Graphite格子结构的光子晶体具有完全光子带隙,并得到了使完全带隙最大化的结构参数。数值计算结果表明,Graphite结构二维光子晶体在填充比从f=0.058到f=0.605连续变化的很大范围内都有完全带隙出现,在低能区出现了Δ=0.053(ωa/2πc)的较大带隙。为二维光子晶体材料的制备和应用提供理论依据。为二维光子晶体材料的制备和应用提供理论依据。     

三角晶格光子晶体第一带隙特性研究

光子晶体的带隙特性对于电磁传输器件设计具有重要意义.基于电磁波传输理论,应用MATLAB数值模拟了五种半导体材料SIC、Si、Ge、InSb和HgTe构成二维圆柱三角晶格光子晶体TM模第一带隙特性,研究得到不同填充率条件下,介电常数较大的可形成较宽带隙,第一带隙上下边界频率都上移,第一代带隙宽度也随着填充率的增加而增加.研究结论为光子晶体器件制作提供参考.     

光子带隙型光子晶体光纤的带隙

采用平面波展开法,通过模拟分析带隙型光子晶体光纤空气填充率和介电常数对带隙的影响,对光纤的平面内和平面外带隙特性进行了研究与讨论.     

填充率对一维二元声子晶体杆带隙的影响

对一维二元(金属-金属型、金属-非金属型、非金属-非金属型)3类声子晶体杆,选择相同的晶格常数0.06m,不同的材料和填充率对其带隙进行计算。结果显示:金属-金属型结构的禁带频率较高,带宽较窄;金属-非金属型结构的带隙频率虽高,但比金属-金属型结构的低,且禁带宽度很大,适宜应用于高频振动控制;非金属-非金属型结构的带隙频率非常低,适宜应用于低频振动控制;当只改变散射体的填充率时,对于一维二元金属-金属型声子晶体与金属-非金属型声子晶体,都会出现第1带隙带宽最大而第2带隙带宽最小的情况。总之,填充率变化对3类不同材料组合类型声子晶体的带隙调控作用明显。
     

二维液晶环型光子晶体的可调完全带隙

利用平面波展开法研究了二维三角晶格液晶环型光子晶体的完全带隙的动态可调节性.数值模拟结果表明:环中所填充的5CB液晶指向矢的旋转角从0°到90°改变,二维环型光子晶体一直出现完全带隙,并且完全带隙随着液晶指向矢的旋转角的变化可以实现动态可调.分析完全带隙可调范围与二维液晶环型光子晶体的结构参数(液晶环内/外径、基底材料的折射率、液晶正常/反常折射率、内介质柱折射率)的变化关系.