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《左手材料的原理性探究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、左手材料的原理性探究這個不是論文,只能算是一個摘要.也許更像是講述一個學(xué)科發(fā)展的電影的觀后感。雖然很努力的湊字?jǐn)?shù)了，倒還是沒到5000之前還試圖打了一份英文版的,但是發(fā)覺實(shí)在是沒有一點(diǎn)自己的東西,全是拷貝粘貼的,自己想寫英文卻又發(fā)覺不順溜,實(shí)在是沒有辦法,最終就只有老老實(shí)實(shí)地用中文手打一份四不像的東西.由于制作文檔方面是個生手，加上我沒有宣稱這些東西之中有任何我自己的成果，就不管引用注釋之類的麻煩事了。一點(diǎn)歷史回顧:1967年俄羅斯人Veslago最先構(gòu)想出了一種當(dāng)時還不存在的同時具有負(fù)的介電常數(shù)以及負(fù)的磁導(dǎo)率的物
2、質(zhì),在論文中證明了這種材料假如真的存在,會具有很多其妙的特性.之后的幾十年間材料學(xué)迅速的發(fā)展,負(fù)的介電常數(shù),負(fù)的磁導(dǎo)率逐步的被科學(xué)家們在較低頻實(shí)現(xiàn),微波波段乃至可見光波段的左手材料的可能性開始被人們討論。后來人們也逐步的討論了很多左手材料的應(yīng)用,提出了左手材料可以制造超級透鏡,隱身衣。2003年普渡大學(xué)Smith帶領(lǐng)小組制造出了首例微波波段的左手材料2005光學(xué)波段的左手材料在多個大學(xué)幾乎同時實(shí)現(xiàn)。...…這個領(lǐng)域正在迅速的發(fā)展壯大之中。微波波段的實(shí)現(xiàn):在較高頻率的波段實(shí)現(xiàn)負(fù)的折射率的關(guān)鍵在于解決負(fù)的磁導(dǎo)率的困難.
3、由于物質(zhì)與電場的耦合強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于物質(zhì)與磁場的耦合強(qiáng)度(這塊的推導(dǎo)一直不是很清楚貌似是使用元電荷與玻爾磁矩之間的關(guān)系證明電場的耦合強(qiáng)度,物質(zhì)與磁場的耦合強(qiáng)度之間的倍數(shù)關(guān)系是精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)的平方,但是我卻連耦合強(qiáng)度是怎么定義的都不知道)μB=e?2mec=αea02α=1137,所以物質(zhì)在與電磁波相互作用的時候總是以電相互作用為主.用shalev的話說就是原本光是有兩只手的,但是她總是只用一只.我們通過構(gòu)造這種在較高頻率的磁活性結(jié)構(gòu)的意義就在于讓光用上平時藏在袖子里的那只手。另一方面,在金屬光學(xué)的領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)其實(shí)負(fù)的介電常
4、數(shù)是相對好實(shí)現(xiàn)的,在高頻率的波段電磁波可以激發(fā)金屬的表面等離子基元(沒學(xué)過固體物理，不懂),在諧振效果下可以實(shí)現(xiàn)負(fù)的有效介電常數(shù)。在微波波段實(shí)現(xiàn)負(fù)磁導(dǎo)率的一種最有效的結(jié)構(gòu)是開環(huán)諧振器(splitringresonator)其結(jié)構(gòu)圖如下可以粗略的將這種結(jié)構(gòu)的效果理解為一個LC振蕩電路,而這個等效的電容和電感主要取決于諧振器的形狀大小材質(zhì)的參數(shù).在這種粗略的近似之后可以得到一個等效磁偶極矩的近似公式(但是已經(jīng)足以表明這種結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)了):mH=π2r4μ0H(ω02ω2-1)LH為外場的強(qiáng)度,ω0為等效電路的諧振頻率
5、,ω為外場的角頻率,μ0為真空中的磁導(dǎo)率L,r都是結(jié)構(gòu)的參數(shù).由于這種材料是高度的各向異性的結(jié)構(gòu),只有理解為每一格有一個平均的有效磁導(dǎo)率：μeff=1+mHVH可以看出在合適的條件下可以實(shí)現(xiàn)負(fù)的有效磁導(dǎo)率.mH=π2r4μ0H(ω02ω2-1)L在微波波段的負(fù)折射率就這樣實(shí)現(xiàn)了,這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是效能特別高，所以如今在微波波段的隱身材料制作還是以這種結(jié)構(gòu)為主導(dǎo)。但是很不幸,試圖將這種結(jié)構(gòu)小型化來提高工作頻率的努力會失敗,有兩方面的阻礙,一是縮小尺度在材料加工技術(shù)上將會造成很大的困難,二是金屬性質(zhì)在達(dá)到納米尺度之后會有
6、很大的變化，之前的推導(dǎo)之中隱含了電子數(shù)密度近似無窮大,在尺寸縮小到納米尺度之后這一假定不再適合。左手材料的原理實(shí)際上是構(gòu)造各向異性的微結(jié)構(gòu)使得材料的各向異性壓倒電磁波的各向異性，但是尺寸的縮小使得金屬內(nèi)部的各向異性和不均勻性顯露出來。所以我們只有選擇新的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn).光學(xué)波段的實(shí)現(xiàn):依據(jù)金屬光學(xué)的性質(zhì),利用貴金屬在高頻段的等離子體振子基元可以實(shí)現(xiàn)負(fù)的介電常數(shù),困難還是在于實(shí)現(xiàn)磁場的諧振。研究者發(fā)現(xiàn)在高頻段實(shí)現(xiàn)磁場和電場的同時諧振是非常困難的,所以選擇了另一種策略:使磁場在某一波段諧振而使電場在同一頻率下保持一個負(fù)的”
7、背景”介電常數(shù),一般來說要使特制的磁結(jié)構(gòu)的諧振頻率高于金屬表面等離子基元的諧振諧振頻率,就可以在磁結(jié)構(gòu)的諧振頻率同時實(shí)現(xiàn)負(fù)的磁導(dǎo)率和負(fù)的介電常數(shù).PodolskiyVA,SarychevAK,ShalaevVM等人在2002年提出了這種漁網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu):每一個金屬條帶狀的結(jié)構(gòu)都是多層金屬-電介質(zhì)-金屬的夾層。這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的小孔是由精密的方法蝕刻出來的,現(xiàn)在可以做到直徑100nm以下.由于蝕刻的工藝使得條帶狀的結(jié)構(gòu)截面呈梯形,具體來說的諧振機(jī)制挺復(fù)雜,只有在這里大體的敘述一下在每個孔的周圍的條帶都形成了這種梯形的截面，而
8、梯形截面內(nèi)部在外場的作用下會形成非對稱的電流，而這個非對電流為什么會形成一個電流環(huán)，我至今還是不懂，貌似并不只是電磁感應(yīng)就可以解釋得了的，但是還是記下來吧，那本導(dǎo)論里面對這個問題是一帶而過，具體去找最初提出的論文的時候用了一堆很高深的固體物理理論，所以我就沒看懂，但是大致知道是那么回事，如下如所示：顏色顯示的的是磁場，箭頭代表電場。左圖是未諧振的狀態(tài)，右圖是
