首页/文章/ 详情

四维(4D)超材料--介电随时间变化

1天前浏览1



减缓波的传播、光放大、四维(4D)超材料一直是值得探索的方向。多种方法已经被证明可以降低光速并在空间上捕获它,且已经实现了几种光放大的方法。与此同时,材料不仅在三维空间(3D),而且在时间(1D)变化,近年来引起了关注。通过在电磁波传播过程中快速改变介质的介电常数,从正值传播到无色散(即非福斯特)负值,然后再返回来保持和放大电磁波。这为控制和操纵波-物质相互作用开辟新的策略。

目录



   
  • 介电常数从正值快速变为负值    
  • 时变分析    
  • 参考资料    
 
 

 
     



*

As shown below👇

*介电常数从正值变为负值

首先,讨论单界面空间和时间边界之间以及传统(即被动)和非福斯特媒体(作为一种具有外部来源的主动媒体)之间的异同。


存在空间边界下的入射情形

如下图所示,两个半无限介质之间的常规空间界面会产生反射波和透射波。  
 
下图为两个半无限介质之间的空间边界,具有两个不同的相反符号的相对介电常数  
 
在时间边界下的入射情况  
在空间无边界介质中的时间边界t1,其中相对介电常数在时间上从一个正值变为另一个正值时,波的传播如下图所示。  
 
当介电从正值变为负实值时,如下图所示,  
 

 



*时变分析

当介质的介电常数在t=t1时,且上升时间远小于信号 T 的周期时,引入了时间边界。这类似于空间边界,这会产生一组两个波:一个向前传播 (FW)(即时间折射),一个向后传播 (BW)(即时间反射)。但是,在时间边界的情况下,波数保持不变。

虑将向量 D 和 B 在时间界面处的守恒作为已知边界条件来计算  
 
每个方程的第一项和第二项分别对应于 FW 和 BW 波.  
基本能量色散约束和因果关系要求迫使无源材料具有满足。任何无源无损/低损耗材料中存储的总无功电磁能总是大于真空中存储的能量。因此,对于无源介质,负介电常数必须是色散的,并且在一定频率范围内不能是恒定的。因此,可以简单地得出结论,为了实现非色散负ε,需要具有外部能量来源的活性介质。有趣的是,类似的表达适用于电路理论领域的任何无功元件。  



参考文献



   

[1] V. Pacheco-Peña, Y. Kiasat, D. M. Solís, B. Edwards, and N. Engheta, “Holding and amplifying electromagnetic waves with temporal non-foster metastructures,” Nat Commun, vol. 16, no. 1, p. 2757, Mar. 2025, doi: 10.1038/s41467-025-57739-0.


          



来源:微波工程仿真
MAGNET电路理论材料控制META
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2025-07-12
最近编辑:1天前
周末--电磁仿真
博士 微波电磁波
获赞 26粉丝 54文章 380课程 0
点赞
收藏
作者推荐

用于阻抗计算的全息理论

根据边界条件,超表面单元的 E 场模式的阻抗可以被认为是 TE 和 TM 模式的混合。因此,超表面的阻抗可以用阻抗 Z 矩阵来表示。目录 阻抗计算 电磁场聚焦 参考资料 ZAs shown below👇阻抗计算阻抗分布计算主要依赖于全息理论和表面波理论,其阻抗 Z 矩阵可以表示为 根据全息理论,所提出的阻抗超表面可以将这些表面波转换为辐射的 OAM 涡旋波,表面波由两个端口激发。为了实现超表面的多路复用,通过两个 OAM 光束的线性叠加来计算阻抗分布。根据全息术和漏波理论,可以将张量阻抗分析转换为标量阻抗计算,并且可以通过应用预先设计的电场和电流来发射瞄准的 OAM 光束。x 极化 OAM 涡旋波的远场辐射 E 场可以通过 馈电点的激发表面波可以由下式给出 Z 的三个标量分量可以通过以下方式得到 电磁场聚焦电磁场聚焦可以通过利用高介电常数超材料来实现,这些超材料通常用于在 3-D 介质谐振器中探索. 在平面超表面的情况下,可以建立渐近相关的有效介电常数D跟E远离表面。对于平面超表面,可以通过将规则的开口环与强自感应相结合来实现高介电常数. 参考文献 [1] Y. Yao and M. Nekovee, “Efficiency-Enhanced Holographic Metasurface for Wireless Power Transfer Based in Electric Vehicles,” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 24, no. 2, pp. 299–303, Feb. 2025, doi: 10.1109/LAWP.2024.3488969.[2] J. Tang et al., “Wideband Optically Transparent Low-Profile Holographic Impedance Metasurface for Multimode OAM Generation,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 73, no. 2, pp. 726–735, Feb. 2025, doi: 10.1109/TMTT.2024.3439330.[3] B. H. Fong, J. S. Colburn, J. J. Ottusch, J. L. Visher, and D. F. Sievenpiper, “Scalar and Tensor Holographic Artificial Impedance Surfaces,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 58, no. 10, pp. 3212–3221, Oct. 2010, doi: 10.1109/TAP.2010.2055812. 来源:微波工程仿真

未登录
还没有评论
课程
培训
服务
行家
VIP会员 学习计划 福利任务
下载APP
联系我们
帮助与反馈