Depolarization volume and correlation length in the homogenization of anisotropic dielectric composites
在无规颗粒复合材料的均匀化的常规方法中，组分相颗粒的分布和尺寸常常被不充分地考虑。通常，空间分布的特征在于单独的体积分数，而每个组分粒子的电磁响应表示为一个消失的小去极化体积。强介电常数波动理论（SPFT）提供了一种替代的方法来均匀化，其中的组件相位的分布统计的全面描述是容纳。双局部近似SPFT在这里提出的各向异性均质复合材料，它产生的组成相包括椭球形颗粒。分量相位的分布由两点关联函数及其关联长度表征。每个组分相粒子被表示为非零体积的椭圆形去极化区域。通过典型的数值算例，研究了退偏体积和关联长度的影响。结果表明，在估计宏观场的相干散射损失时，分量相位粒子的空间范围及其空间分布都是重要的因素。
2005-09-07 physics.optics
Giant dielectric anisotropy via homogenization
两种各向同性介电材料的随机混合物，一种由相对介电常数为$ε_a$的定向球状颗粒组成，另一种由相对介电常数为$ε_b$的定向球状颗粒组成，被认为是在长波长范围内。使用Bruggeman均匀化形式主义估计得到的均匀化复合材料（HCM）的介电常数并矢。HCM是一个正交双轴材料，如果两个人口的球体的对称轴是相互垂直的，和一个单轴材料，如果这两个轴是相互对齐。HCM的各向异性的程度，作为衡量的HCM的介电常数并矢的本征值的比率，增加的组成颗粒的形状变得更加偏心。最大程度的HCM各向异性实现的限制情况下，其中的组成颗粒的形状为针或盘。在这些情况下，HCM各向异性的显式公式来自并矢Bruggeman方程。使用这些公式，发现对于$ε_b > ε_a$，在体积分数和$ε_a$的固定值下，HCM各向异性的程度与$\sqrt{ε_b}$或$ε_b$成比例。因此，原则上，对可以通过均匀化获得的各向异性程度没有限制。实际上，各向异性的程度将受到$ε_b$（和/或$ε_a$）的可用值的限制。
2014-05-06 physics.optics
The homogenization of orthorhombic piezoelectric composites by the strong-property-fluctuation theory
提出了一种线性强性质涨落理论（SPFT），用于估算某些均匀化复合材料（HCM）在长波波段的本构参数。HCM的组成材料通常为正交晶系的$mm2$压电材料，它们以取向的椭球颗粒随机分布。在二阶近似水平下，其中两点关联函数及其相关长度表征组分材料分布，HCM本构参数的SPFT估计用数值上易于处理的二维积分表示。代表性的数值计算表明：（1）最低阶SPFT估计与相应的Mori-Tanaka均匀化形式所提供的估计在性质上是相似的，但随着组分粒子的形状变得更加偏心，这两种估计之间的差异变得更加明显;二阶SPFT估计值对最低阶估计值进行了显著的修正，反映了散射引起的耗散损失。
2008-11-14 physics.optics
Comparative Study Between Dispersive and Non-Dispersive Dielectric Permittivity in Spectral Remittances of Chiral Sculptured Zirconia Thin Films
考虑色散和非色散介电函数在轴向和非轴向状态下的传播，采用分段均匀近似方法和Bruggeman均匀化方法计算了右手手性雕刻氧化锆薄膜的透射和反射光谱.谱结果的比较表明，介电函数的色散对结果有相当大的影响。在交叉偏振反射率和共偏振透射率的轴向激发中，色散效应在远离均匀化波长的波长处变得更加显著。这在圆形透射率的非轴向激发的情况下也是如此，而对于第一布拉格峰出现的交叉偏振反射率（波长）存在相当大的差异。在均匀化波长附近的波长处，介电函数的色散效应变得更加显著。
2010-10-31 physics.optics
Nonasymptotic Homogenization of Periodic Electromagnetic Structures: Uncertainty Principles
我们表明，周期性的电介质或金属/电介质结构的人工磁性具有局限性，并受到至少两个“不确定原理“。首先，磁响应越强（有效磁导率张量与恒等式的偏差），任何均匀模型的预测就越不准确（“确定”）。其次，如果磁响应很强，则均匀化不能准确地再现透射和反射参数，同时也不能再现材料中的功率耗散。这些原则是一般性的，并不局限于任何特定的均质化方法。我们的理论分析补充了一个数值例子：一个六面体晶格的圆柱形空气孔的电介质主机。即使这种情况是高度各向同性的，这可能被认为有利于均匀化，不确定原理仍然有效。
2015-12-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
A simple construction for a cylindrical cloak via inverse homogenization
一个有效的圆柱形斗篷可以被概念化为相邻局部邻域的集合，每个邻域由均质化复合材料（HCM）制成。要求HCM是一种单轴介电-磁材料，具有正定本构并矢。它可以由非常简单的组成材料的均匀化引起，例如两种各向同性的介电-磁性材料，随机分布为定向的球状颗粒。通过仔细控制组分颗粒的球形形状，可以实现高度的HCM各向异性，这对于实现掩蔽效应是必要的。逆Bruggeman形式主义可以提供估计的形状和本构参数的组成材料，以及它们的体积分数。
2011-08-30 physics.optics
Geometrically-Derived Anisotropy in Cubically Nonlinear Dielectric Composites
我们考虑各向异性均匀化复合介质（HCM）所产生的各向同性颗粒组分相的基础上椭球几何形状。对于三次非线性分量相位，相应的零阶强介电常数波动理论（SPFT）（这是等效的Bruggeman均匀化形式主义）和二阶SPFT的建立，并用于估计的本构特性的HCM。探讨了组分相颗粒几何形状与HCM本构特性之间的关系。布鲁格曼均匀化形式主义的估计与二阶SPFT估计之间存在显着差异。展望了非线性增强的前景。
2004-08-09 physics.optics
Determination of constitutive and morphological parameters of columnar thin films by inverse homogenization
从理论上研究了介电柱状薄膜（CTF）的相对介电常数并矢，并假设在纳米尺度上，它是由折射率与蒸发制备CTF的本体材料不同的各向同性介电材料组成的平行、相同、细长的椭球形夹杂物的集合体.逆Bruggeman均匀化形式主义的开发，以估计的折射率的沉积材料，椭圆形夹杂物的两个形状因子之一，和沉积材料所占的体积分数，从知识的相对介电常数并矢的CTF。采用改进的Newton-Raphson方法求解反Bruggeman方程。数值研究揭示了三个纳米级参数的CTF的变化作为蒸汽入射角的函数。
2009-09-29 physics.optics
Homogenization of Maxwell's equations in periodic composites
我们考虑周期复合材料的麦克斯韦方程组均匀化问题。分析是基于布洛赫-弗洛凯理论。我们明确地计算半空间的反射系数，并推导和实现计算效率的有效介电常数的连分式展开。我们的结果说明了二维系统的情况下的数值计算。本文的均匀化理论的目的是预测各种物理可测量的量，而不是简单地近似某些系数的偏微分方程。
2012-05-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
On extended homogenization formalisms for nanocomposites
在长波长范围内，颗粒复合材料（包括纳米复合材料）的有效性质可以使用各种均匀化形式主义（例如Bruggeman和Maxwell Garnett形式主义）以及强性质波动理论（SPFT）的方法来估计。在这些形式主义的传统实现中，构成粒子被视为点状散射中心。然而，扩展的形式主义已经建立-其中涉及积分公式-考虑到组成粒子的空间范围。特别是，扩展的二阶SPFT考虑了组成颗粒的大小和它们的统计分布。我们推导出适用于各向同性手征和单轴介质均匀化复合介质的扩展二阶SPFT的显式表示。这些结果也可用于Bruggeman和Maxwell Garnett形式主义的扩展版本。
2008-07-21 physics.optics
Towards an experimental realization of affinely transformed linearized QED vacuum via inverse homogenization
在量子电动力学（QED）的框架内，真空是一种非线性介质，在静磁场作用下，真空中的电磁场可以线性化。线性化QED真空是一种各向异性程度非常小的单轴介质-磁介质。通过实现空间坐标的仿射变换，各向异性的程度可以变得足够大以易于感知。逆Bruggeman形式主义可以实现指定一个均匀化的复合材料（HCM），这是电磁等效的afflessly变换的QED真空。这种HCM可以由非常简单的组成材料产生;例如，两种各向同性介电材料和两种各向同性磁性材料，随机分布为取向的球形颗粒。
2011-09-09 physics.optics
Concurrency of anisotropy and spatial dispersion in low refractive index dielectric composites
本文展示了在低折射率对比度的三维周期性介质复合材料中的空间色散的罕见表现，其周期约为波长的十分之一。第一性原理模拟的平面波方法表明，空间色散导致额外的光轴的外观，并可以补偿在某些方向上的各向异性。
2017-07-31 physics.optics
Theoretical and numerical analysis of current-driven electromagnetic homogenization and the problem of effective medium parameters for finite samples
人工周期性复合材料（超材料）对电磁波的反射和折射只有在明确考虑介质边界和正确确定介质的两个有效参数--折射率和阻抗时，才能用有效介质理论精确地模拟。考虑无限周期复合材料的理论不满足上述条件。因此，它们不能以期望的精度通过有限样本对反射和透射进行建模，并且对于基于超材料的器件的设计没有用。作为一个有指导意义的例子，我们认为“电流驱动”的均匀化理论，这是最近得到普及。我们应用这个理论的情况下，一维周期性介质，其中精确和均匀化的结果可以得到解析的封闭形式。我们发现，超出了众所周知的零细胞的限制，电流驱动的均匀化的结果是不一致的确切的反射和透射特性的平板。
2013-09-23 physics.optics
Translation of Nanoantenna Hot-Spots by a Metal-Dielectric Composite Superlens
我们采用数值模拟表明，由银纳米天线的周期性阵列产生的高度局部化的增强电磁场（也称为“热点”）可以在空间上平移到金属-介电复合超透镜的另一侧。所提出的热点的平移使得表面增强光学光谱学能够在没有分子与金属的不期望的接触的情况下进行，并且因此它拓宽并加强了基于场增强荧光和表面增强拉曼散射的感测的潜在应用。
2009-06-22 physics.optics
Electromagnetic homogenization of particulate composite materials comprising spheroids and truncated spheroids with orientational distribution
University of Edinburgh（爱丁堡大学）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
本研究开发Bruggeman与Maxwell Garnett均匀化形式的实现方案，探究含取向分布球体及截球体颗粒的复合材料介电各向异性与取向分布标准差的关系，对比两种形式的预测差异。
2025-04-04 physics.optics
Anisotropic enhancement of group velocity in a homogenized dielectric composite medium
在某些情况下，均匀化复合介质（HCM）中的群速度可以超过其组成材料相中的群速度。我们探索这种现象的单轴介电HCM包括各向同性组分材料相分布为取向的球状颗粒。理论方法是基于Bruggeman均匀化形式主义。在HCM相对于组分材料相的群速度的增强被示出为敏感地依赖于组分球状体的形状和它们相对于传播方向的对齐。
2005-08-09 physics.optics
Composites of resonant dielectric rods: A test of their behavior as metamaterial refractive elements
我们报告的光波在高折射率介质棒的复合材料中的传播的数值实验，在其第一电和磁米氏共振激发的频率。这些粒子的阵列已被广泛研究，并提出作为非吸收和各向同性的超材料。我们发现，负折射，观察到有序的颗粒阵列，是由于衍射和有效介质理论产生的本构参数，不重现这些复合材料中的观察，其传输也取决于样品的形状。这进一步证实了无序的阵列，在这种情况下，出现大的传输损耗，由于消光的共振散射的颗粒。因此，这些复合材料虽然吸收很少，但由于散射而具有大的消光。
2012-02-03 physics.optics
Slow light in dielectric composite materials of metal nanoparticles
我们提出了一种方法，通过使用掺杂金属纳米颗粒的复合材料来减慢光脉冲。的基本机制是相关的饱和吸收附近的等离子体共振的泵浦-探测制度，导致强色散的探测折射率和显着降低的群速度。通过使用非共线方案，可以实现43或更大值的总分数延迟。该方案保证了具有可调延迟和太赫兹带宽的简单紧凑的慢光片上器件。
2012-09-17 physics.optics
Homogenization of Maxwell's equations in layered system beyond static approximation
在麦克斯韦方程组均匀化的范式下研究了电磁波在无序层状系统中的传播。尽管用有效介电常数和磁导率描述系统是不可能的，但提出了用引入的有效波矢（有效折射率）来描述电磁波的传播和安德森局域化的统一方法。证明了有效波矢的实部和虚部（与有效介电常数和/或磁导率相反）是任意频率下的自平均量。引入的有效波矢是频率的解析函数，相应的Kramers-Kronig关系推广了Jones-Herbert-Berryless公式。
2019-01-21 physics.class-ph physics.optics
Fabry-Pérot Huygens' Metasurfaces: On Homogenization of Electrically Thick Composites
实现惠更斯超颖表面（HMS）预测的异常折射效应需要繁琐和耗时的试错全波数值计算。本文所示，这些要求可以减轻横向磁（TM）传播的周期性介电基HMS组成的级联法布里-珀罗标准具的电厚阵列。这种“法布里-珀罗HMS”（FP-HMS）很容易设计成模拟标准零厚度HMS（ZT-HMS）的局部散射系数，根据均匀化理论，这应该导致所需的异常折射。为了探讨这种实用的FP-HMS的特点，基于Floquet-Bloch（FB）分析的方法推导出从它的散射场的任意入射角的预测。这种方法产生简单的封闭形式的解决方案的FB波的振幅和所产生的领域同意全波模拟。这些预测和全波模拟验证了均匀化和散射特性的零厚度HMS的厚结构的适用性。他们还验证了这种结构的半分析微观设计程序，提供了一个有效的替代路径，实现理论上设想的复杂的场操纵装置。
2019-07-29 physics.app-ph physics.optics
Negative Refractive Index in Optics of Metal-Dielectric Composites
特别设计的金属-介电复合材料可以在光学范围内具有负折射率。具体而言，它表明，阵列的单个和成对的纳米棒可以提供这样的负折射。对于成对的金属棒，在1.5微米处观察到负折射率。金属膜中成对空隙的倒置结构也可以表现出负折射率。类似的效果可以用折射率可以达到-2的金属条来实现。讨论了折射率的反演过程和光相位在确定折射率中的关键作用。
2005-10-01 physics.optics
Terahertz composite plasmonic slabs based on double-layer metallic gratings
实验和数值模拟表明，基于双层金属光栅和介质膜的复合等离子体平板可以在太赫兹波段支持两个谐振模式，并形成宽禁带（40%）。与双层金属光栅相比，复合太赫兹平板中的介质膜显著增强了横磁（TM）模式的传输。电场矢量证明了低频共振模式来源于对称等离子体激元模式，高频共振模式是由等离子体激元模式和介电模式的混合模式引起的。通过改变光栅的结构参数，分析了金属光栅与介质膜之间固有的近场耦合。我们进一步证明，通过调整金属光栅的宽度，可以操纵的等离子体激元带隙。这些结果表明，这种复合等离子体平板具有很大的潜力，可用作太赫兹区域的滤波器，偏振器和传感器。
2020-03-09 physics.optics
Effective non-retarded method as a tool for the design of tunable nanoparticle composite absorbers
我们调查的有效的非延迟方法（ENR）的能力，探索和设计具有特定光学性能的纳米粒子复合材料。我们考虑一种复合材料，包括周期性分布的金属球在介电基质。通过ENR得到复合介质的有效宏观介电函数，并用于计算由这种非均匀材料制成的平板的电磁响应。该响应与使用Korringa-Kohn-Rostoker波计算方法（KKR）获得的响应进行了比较。我们分析了不同填充分数的光学性质，特别是在宏观介电函数的谐振频率附近。我们表明，适当地选择复合材料的参数，它是可以实现可调吸收膜。ENR的结果是一个多功能的工具，用于设计具有特定性能的纳米颗粒复合材料。
2014-03-14 physics.optics
Voigt waves in homogenized particulate composites based on isotropic dielectric components
均匀化复合材料（HCM）可以支持一种奇异形式的光传播，称为Voigt波传播，而它们的组成材料则不能。这种现象进行了研究所产生的非耗散各向同性介电元件材料的双轴HCM。这些HCM的双轴性源于构成组分材料的颗粒的定向球形形状。一个扩展版本的Bruggeman均匀化形式主义被用来调查组分颗粒的取向，形状和尺寸，以及体积分数的组成材料，后Voigt波传播的影响。我们的数值研究表明，Voigt波传播的方向是高度敏感的组分颗粒的取向和组分材料的体积分数，但不太敏感的组分颗粒的形状和不太敏感的组分颗粒的尺寸。此外，这种HCM是否支持Voigt波传播完全取决于组分颗粒的尺寸，并且在某些情况下，取决于组分材料的体积分数。
2011-05-05 physics.optics
Optical nonlinearity enhancement of graded metal-dielectric composite films
我们解析地导出了具有弱非线性的梯度金属-电介质复合薄膜内部的局域电场，进而得到了梯度结构的有效线性介电常数和三阶非线性极化率。结果，组成依赖的渐变可以在光学区域中产生宽的共振等离子体激元带，导致光学非线性的大增强，从而导致大的品质因数。
2004-07-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Bruggeman formalism vs. `Bruggeman formalism': Particulate composite materials comprising oriented ellipsoidal particles
两种不同的形式化的复合材料的均匀化含有各向同性介电材料的定向椭球粒子被命名后，布鲁格曼。数值研究揭示了两种形式之间的明显差异，这可能会加剧：（i）如果组分颗粒变得更加非球面，（ii）在体积分数的中间值，以及（iii）如果均匀化的组分材料是耗散的。正确的布鲁格曼形式主义使用了组分粒子的正确的极化率密度并矢，但另一种形式主义没有。
2012-01-27 physics.optics
Lorentz Resonance in the Homogenization of Plasmonic Crystals
我们解释的洛伦兹共振等离子体激元晶体，包括2D纳米介电夹杂物之间的相互作用的共振材料特性和静电性质的几何共振。这种等离子体激元晶体的一个示例是周期性地布置在非磁性体电介质内的石墨烯纳米片。我们确定的小尺度周期的长度尺度上的局部几何共振。从材料的角度来看，石墨烯表面表现出由Drude模型捕获的分散的表面电导。这些现象共同产生洛伦兹共振，其频率由表面几何形状和表面电导控制。在体元材料的有效介电张量的频率响应中发现的洛伦兹共振被示出由显式公式给出，其中材料性质和几何共振被解耦。该公式是严格的，并且直接从描述异质结构内部的局部静电场的校正场获得。我们的分析结果可以作为一个有效的计算工具来描述一般的周期性光学器件的频率依赖性。作为一个具体的例子，我们研究了两个典型的几何形状组成的纳米管和纳米带。
2021-09-11 math-ph math.MP physics.optics
A limitation of the Bruggeman formalism for homogenization
Bruggeman形式主义提供了包括两个组分介质的颗粒复合介质的有效介电常数的估计。要求Bruggeman估计位于Wiener界和Hashin-Shtrikman界之内。考虑到弱耗散介质的均匀化特征是相对介电常数与实部符号相反，当介质是弱耗散介质时，Bruggeman估计可能不是物理上合理的;此外，Wiener界和Hashin-Shtrikman界都表现出强共振.
2004-02-04 physics.class-ph physics.optics
Artificial magnetism and magnetoelectric coupling from dielectric layers
我们研究了周期性多层堆叠的高阶均匀化（HOH）算法。选择的数学工具是传递矩阵法。利用频率功率展开法推导了等效磁导率、介电常数和磁电耦合的表达式。在物理方面，这种高阶均匀化揭示了中等对比度光子晶体中的磁电耦合效应（奇数阶近似）和人工磁性（偶数阶近似）。比较了三层和两层叠层的等效参数表达式，发现在中心对称的周期结构中，磁电耦合效应消失，而人工磁性仍然存在。此外，我们数值检查的有效参数，通过一个堆栈的两个电介质层对一个有效的双各向异性介质的色散定律和传输曲线：他们提出了一个很好的协议，在低频（声）带，直到第一阻带，其中的对数函数的传递矩阵（$\log\{T\}$）的解析性故障。
2013-04-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
Spectral representation of the effective dielectric constant of graded composites
我们推广的Bergman-Milton光谱表示，最初来自一个两个组件的复合材料，提取的谱密度函数的梯度复合材料的有效介电常数。这项工作的动机是最近的一项研究的光学吸收光谱的梯度金属膜[应用物理快报，85，94（2004）]，其中一个广泛的表面等离子体吸收带已被证明是负责增强非线性光学响应以及一个有吸引力的品质因数。事实证明，与均匀组成成分的情况不同，梯度复合材料的特征函数是连续函数，因为组成成分内的介电函数连续变化。讨论了三维梯度复合材料的解析推广，并给出了多层复合材料的数值计算。
2005-06-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.comp-ph
Projected equations of motion approach to hybrid quantum/classical dynamics in dielectric-metal composites
我们介绍了一种混合方法的介电-金属复合材料，描述了经典的金属系统的动力学，同时保留量子描述的电介质。通过引入投影运动方程（PEOM）来模拟经典系统的随时间变化的偶极矩，并通过有效的偶极-偶极相互作用来实现两个系统之间的耦合。为了对这种方法进行基准测试，我们对测试系统（半导体量子点-金属纳米颗粒混合物）进行建模。我们首先检查的能量吸收率，PEOM方法和分析旋转波近似（RWA）的解决方案之间的协议。然后，我们调查人口反转，并表明，PEOM方法提供了一个准确的模型，在超短脉冲激发下的相互作用，传统的RWA打破。
2016-07-21 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Mesoscopic magnetism in dielectric photonic crystal meta materials: topology and inhomogeneous broadening
我们考虑由二维介质棒型光子晶体制成的Meta材料。最近发展的均匀化理论内的磁响应进行了研究，我们特别研究的拓扑结构和非均匀加宽的影响。虽然拓扑结构本身主要影响Mie谐振频率，但我们发现，当dR/R 0>> ε“/ε”时，介质棒的拓扑半径R的色散可能导致显著的非均匀加宽和负μ现象的抑制，其中ε = ε“+i* ε”是介质棒的相对介电函数。
2006-10-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Enhancement of non-resonant dielectric cloaks using anisotropic composites
隐形技术通过控制电磁波的流动来最小化散射来隐藏物体。本文研究了均匀化各向异性材料在非谐振介质多层隐身中的有效性。由于现有的各向同性材料多层隐身从宏观上可以看作是均匀的各向异性隐身，各向异性材料可以通过优化其物理性能来有效地设计。如果材料的物理性质在适当的范围内，则可以在两相复合材料中实现各向异性性质。优化的各向异性的物理性能确定的数值优化技术的基础上，使用有限元法的全波模拟。与各向同性材料的多层隐身相比，八层和三层圆柱形隐身材料的总散射宽度测量的隐身性能分别提高了约2.8%和25%。在所有隐身实例中，两相复合材料的优化微观结构被确定为两种材料的简单层压，其最大化各向异性。使用各向异性材料的三层隐身可以实现与公布的各向同性材料的八层隐身相同的性能。即使在八边形物体中，也能实现总散射宽度减小约50%的隐身。由于可以使用仅几层的层压各向异性介电复合材料来实现隐身效果，因此这在隐身装置的大规模生产中可能具有优势。
2013-07-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Homogenization of quasiperiodic structures and two-scale cut-and-projection convergence
复合材料中本构材料的准周期性排列导致具有非常不寻常的电磁和弹性特性的有效特性。本文讨论了描述准周期材料有效性质的切割投影方法。给出了部分微分算子的切割投影收敛极限的特征，并建立了相应的校正函数。我们提供了在（Wellander等人，2018年，并给出了更多的例子。在物理学中感兴趣的问题的应用包括静电，弹性静力和准静态磁的情况下。
2019-11-08 cond-mat.mtrl-sci math.AP physics.optics
Topological transition in coated wire medium
本文提出了一种由平行金属线和介质层组成的超材料的非局部均匀化理论。结果表明，通过改变金属丝介电层与基质材料之间的介电对比度，可以使超材料的色散区从椭圆色散区转变为双曲线色散区，即发生拓扑转变.我们通过全波数值模拟证实了我们的理论预测。
2016-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
