《基於介電顆粒電磁諧振的可調諧各向同性超材料研究》是依託清華大學，由趙乾擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於介電顆粒電磁諧振的可調諧各向同性超材料研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：趙乾
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
電磁左手超材料是一種介電常數和磁導率均為負的新型電磁結構材料，通常利用金屬結構單元的電磁諧振實現其超常物理效應。本項目擬研究一種基於介電顆粒的各向同性全介質左手超材料及其可調電磁行為。利用有效媒質理論和Mie散射理論研究電磁波與有序/無序排列的高介電顆粒相互作用產生局域電磁共振的機制，揭示其實現各向同性負介電常數和負磁導率的物理本質，探索各參數對電磁諧振強度、線寬及其相互作用的影響規律。實驗採用微納米加工和流延成型等技術製備不同尺寸和介電常數的電磁諧振介電顆粒，並實現電諧振和磁諧振顆粒組合的三維有序/無序排列的全介質左手超材料；藉助介電顆粒介電特性的溫度/電場可調控性，實現兩種介電顆粒Mie電諧振和磁諧振的重疊與分離，得到折射率值由負－零－正可調節的全介質超材料。該研究能為紅外和可見光頻段各向同性超材料和隱身斗篷的實現提供一種簡便方法，具有重要的學術意義和套用價值。
結題摘要
電磁超材料是一種新型的人工電磁結構材料，具有自然界材料所不具備的獨特物理光學特性。例如有效介電常數和磁導率同時小於零的超材料被稱為電磁左手超材料，其表現出許多奇異的電磁回響行為。電磁超材料是當今物理學、材料學與電磁學研究領域中的前沿與熱點，具有重大科學意義。目前關於電磁超材料的研究中多以金屬結構單元實現其超常物理效應，然而金屬結構單元有歐姆損耗較大、加工複雜且電磁回響為各向異性等缺陷，在套用中受到較多制約。本項目研究了一種基於介電顆粒電磁諧振的各向同性超材料及其可調電磁行為，取得的有意義的研究結果如下：理論研究了電磁波與高介電顆粒間相互作用產生局域電磁共振的機制以及顆粒間電諧振和磁諧振的耦合機理；理論和實驗研究了結構對稱破缺誘導的電偶極子和磁偶極子間的電磁雜化耦合效應，並由此提出利用結構單元的對稱性破缺實現對全介質超材料的電磁性能控制的理念；設計並搭建了一套二維全自動微波場分布測試系統，可自動測量一定範圍內的電磁場分布，並實現點源場發射和平面波發射兩種發射模式；理論和實驗研究了基於介電顆粒Mie諧振機理的各向同性近零折射效應，電磁場分布測試表明該近零折射材料能夠實現對電磁波的超強控制並且在特定頻段實現了溫度可調控零折射效應；理論和實驗研究了鐵磁柱與金屬線複合超材料、液晶基漁網結構超材料的異常折射效應，實現了磁場的調控特性；設計了溫度可調諧全介電Cloak隱身器件，並進行了相關仿真計算。本研究為各向同性超材料和隱身斗篷的認識和實踐提供了參考，具有重要的學術意義和套用價值。相關的研究結果已發表SCI收錄期刊論文 8 篇。申請中國發明專利 2 項，其中 1 項已授權。
