负磁导率材料的微波反射行为

采用波导法研究了开口谐振环(split resonator rings,SRRs)负磁导率材料X波段(8-12 GHz)的微波反射行为.通过电路板刻蚀技术制备了六边形SRRs为单元的二维及三维样品.实验表明:二维负磁导率材料样品反射率曲线形成反射峰,其峰值点对应频率与材料谐振频率一致,反射率变化达到10 dB,在谐振频率两侧较窄的区域反射微弱;三维样品反射率曲线形成反射峰,其峰值点位置与材料谐振频率一致,调节晶格常数时材料反射行为变化较大;负磁导率材料反射相位随频率增大,二维样品在谐振频率处反射相位存在一个拐点.     

左手材料

左手材料同时具有负的介电常数和磁导率及负的折射率,与电磁波的相互作用和传统材料有本质的区别。针对左手材料的基本特性及其设计与制备的一些相关问题,作了简单的总结和介绍。     

左手材料和负折射

就上世纪60年代关于其理论预言开始,着重介绍了左手材料和负折射现象的基本原理及主要应用,并结合近几年的研究成果,指出在结构设计和理论完善等方面仍需进一步研究．     

基于铁磁介质的左手材料

 超材料是近十几年来国际研究的热点,其中介电常数和磁导率同时为负数的左手材料是最典型一类代表,具有反向波、负折射系数等反常物理特性。左手材料虽然物理本质是等效连续介质,但实际上都是各种人工金属结构,物理特性决定于结构参数而非组成材料的特性。直接利用功能材料的本征物理特性产生负电磁参数进而获得左手特性,可以大大丰富左手材料的物理特性,并且将其跳出超材料设计的范畴,是左手材料领域中的特色研究领域。其中,基于铁磁介质的左手材料近年来已有较多研究。本文对基于铁磁介质的左手材料的研究进展做一综述。     

负介电常数和负磁导率微波媒质的实验

介绍等效介电常数和等效磁导率同时为负数的金属结构的特征及实验研究. 实验研究结果表明, 具有周期性排列的金属条和金属谐振环结构的人造金属媒质, 在特定的微波频率范围内, 对于具有一定偏振方向的电磁波, 其等效介电常数和等效磁导率同时为负数.     

一个12 GHz的新型C形双重负特异材料的设计

模拟一个12 GHz谐振频率下具有负介电常数和磁导率的新型C型单元电池,通常称为双负超材料(DNG)或左手材料. DNG形状为在电介质的一侧有相反的C谐振器,而在另一侧也是相同的形状.使用微波工作室(MWS)中的计算机模拟技术(CST)从DNG结构的模拟仿真中确定散射参数以及介电常数,渗透率和折射率. 为了验证结构参数的负值,使用了MATLAB. 由于其简单性,可扩展性和双负极材料的特性,这是一种在电磁学领域的新颖且有前途的设计方法.     

负泊松比负热膨胀超材料微结构拓扑优化设计

提出一种拓扑优化设计方法,用于设计同时具有负泊松比和负热膨胀系数的超材料.超材料是人工设计的复合材料,由微米或纳米结构的周期性阵列组成,并具有天然材料难以具备的超常物理性质.基于拓扑优化理论,建立了一个表示多材料微观结构的多相边界的水平集模型,并采用数值均匀化方法来计算微观结构的等效性能,然后通过参数化水平集优化方法实现边界形状的演变和拓扑结构的设计.通过两个数值算例,给出超材料微结构材料分布的优化结果,证明了设计方法的可行性,为实现具备特殊性能的人工材料设计提供了一套系统的设计方法.     

负折射率材料及其在THz频段的应用研究

负折射率材料是一种重要的新型人工合成材料,其主要特征是介电常数和磁导率都小于零,本文介绍了负折射率材料的物理机理及其在微波波段基础研究的最新进展,并对在THz频段的研究前景进行了分析。     

从负折射超材料到光学隐身衣

1964年俄罗斯科学家V.Vesalago从Maxwell方程组出发断言具有负折射率的左手材料(LHM)可以存在,1996年和1999年J.Pendry提出了LHM的初始设计。2000年D.Smith制成首个LHM,它可把微波波束弯折到与常规的不同方向。近年来LHM吸引了人们的兴趣,它也称为超材料,但在自然界并不存在。它可变更电磁波传播,从而造成负折射甚至隐形。一个时期以来,在微波和光频进行的隐身斗篷实验是2D或3D的,它们与通常的隐形方法显著不同。LHM的其他应用如左手传输线、成像技术等。本文首先对负折射研究和隐身衣设计的历史和进展作回顾,进而讨论了这些领域中理论与实验工作的意义。可以看出负折射问题是非常复杂的。还讨论了负折射与负波速、负折射与负GH位移的关系。     

耦合增强型 “巨”字形左手材料磁谐振器的设计

磁谐振器与电谐振器组合能够实现同时具有负介电常数和负磁导率的左手材料,左手材料磁谐振器的设计对于设计新型左手材料具有重要的意义。针对左手材料磁谐振器设计问题,提出了磁谐振器设计原理,为消除磁谐振器的双各向异性,所设计的结构关于电场方向等效为镜像对称的单回路。根据此原理,设计了耦合增强型"巨"字形磁谐振器结构,并通过实验仿真验证了结构的等效负磁导率。结果表明,所设计的结构在8.9GHz-10GHz之间具有负的等效磁导率,并且结构的双各项异性得到了有效的消除,说明了所提出设计原理的正确性。相对于传统的开口谐振环磁谐振器,"巨"字形磁谐振器结构简单,易于进行加工制作和理论分析。     

负热膨胀材料研究进展

概述负热膨胀材料的发展历程及近年的主要研究成果,介绍负热膨胀的微观机理,分析几种典型负热膨胀材料的特点,展望新型锰氮化物负热膨胀材料的应用前景,探讨负热膨胀材料研究所面临的问题。     

含左手材料的光子晶体

讨论了含左手材料光子晶体中介电常数、磁导率与折射率间的关系,及其电磁学特性,和电磁波在其中的传播的相速度和群速度,得出了相关结论.     

新型全电介质平板结构负折射性能的模拟分析

利用全电介质材料,设计了一种新型的高介电质平板-普通介电质-高介电质平板结构.该平板结构中入射电磁波激发的位移电流取代金属材质左手材料中的传导电流,在特定的激发模式下可以产生负折射现象.利用提取的有效介质参数和楔形棱镜模拟证实了这种全电介质结构的左手性能,并研究了高介电质平板尺寸变化对负折射率通带的影响.用具有高介电系数的介电质材料构筑左手材料可以克服传统的基于金属基元的左手材料在红外和太赫兹波段面临的结构复杂和损耗问题,为高频低损电磁超介质的开发提供一种新的结构设计思路.     

薄膜材料复介电常数与复磁导率测试研究

采用谐振腔法对薄膜材料复介电常数和复磁导率进行了测试研究。依据腔内电磁场的特性及薄膜材料体积小的特点,采取了较大的模指数、高品质因数、小耦合系数等措施,设计了在2GHz频率下工作模式为TE105的矩形谐振腔。使用Agilent 8722ES络分析仪进行扫频反射测量,由放置试样前后腔的谐振频率和品质因数以及试样的体积等计算出薄膜材料复介电常数和复磁导率,该方法操作简便,准确性较高。     

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.     

光子晶体介电常数和波导宽度对负折射现象的频率的影响

为研究光子晶体中的负折射情况,利用时域有限差分法（FDTD）并通过模拟仿真观察了光在左手材料光子晶体中的负折射现象。以硅的圆形介质柱组成的二维六边形排列结构的光子晶体为例,分析了介电常数和波导宽度的变化对负折射现象的频率范围的影响。仿真结果显示：相对介电常数不宜过大,波导宽度根据频率选择的需要可采在0.2~0.5 a范围内选取,从而为制作具有负折射现象的宽带宽光子晶体提供参考。     

环形四能级负折射率原子系统

提出一个闭合的四能级原子系统, 利用量子相干技术使介质具备左手材料特性(负折射率), 考虑旋转波近似以及在高密气体中的局域场效应, 利用密度矩阵方法进行理论计算, 数值模拟结果表明, 介质同时在两个可见光频率区域内实现了负折射率, 通过调节控制场强度可改变负折射率的频率范围.      

用惠更斯作图法研究左手材料的负折射现象

针对理解电磁波在左手材料中的传播特性,在详细分析了该介质中电磁波波矢量k的方向、大小和坡印廷矢量s之间关系的基础之上,根据电磁场理论探讨了电磁波在右手、左手材料分界面上的反射和折射(各介质都是各向同性的)现象。并运用惠更斯作图法解释了电磁波由右手材料穿越左手材料时的负折射现象。指出发生负折射现象的根本原因是由于电磁波在左手材料中传播时其波矢量与坡印廷矢量的方向相反。     

磁性纤维混合媒质等效磁导率的确定

从等效介质理论出发,推导出微波频率下磁性纤维混合媒质磁导率的理论计算公式,在此基础上,对铁纤维混合媒质磁导率进行了计算,计算结果与实验符合得较好。并给出了铁纤维体积填充系数为０．３时混合媒质磁导率的预估曲线。