Wide-Band Tuneability, Nonlinear Transmission, and Dynamic Multistability in SQUID Metamaterials
最近已经实现了包括rf SQUID（超导量子干涉器件）的超导超材料，并研究了它们的调谐度、磁导率和动态多稳态特性。这些性质是由于超导状态对外部刺激的敏感性而导致的固有非线性的结果。SQUID由被约瑟夫森结中断的超导环制成，具有另一个非线性源，这使得它们可以通过施加的直流dlux进行广泛调谐。一个模型SQUID超材料，基于电等效电路，被用于弱耦合近似，以证明直流磁通调谐，动态多稳态，和非线性传输的SQUID超材料包括非滞后SQUID。模型方程重现实验观察到的调谐模式，并预测调谐与电源的交流磁磁场。此外，结果表明，开放的非线性频带的能量传输通过SQUID超材料，足够强的交流领域。
2014-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Density Effects on the Negative Refractive Index of a Split Ring Resonator Metamaterial
基于互补介质的完美透镜和隐身是负折射率材料的可能应用。超材料是通过调整有效介电常数和磁导率来实现这一特性的天然候选材料。超材料的$n<0$的微调受到粗粒夹杂物的限制，粗粒夹杂物使电磁参数作为其密度的函数而离散。我们研究了在微波频率下超材料的负折射率与晶格周期线密度的关系。在波导截止频率以下的频带中，通过填充有开口环谐振器阵列的波导来获得负折射率。通过在1 GHz的带宽上调谐密度，保持了典型的完美透镜效应的特殊值$n=-1$。观察到超材料在其上操作的截止密度。第二个临界密度以上的传输饱和被发现接近Pendry限制。这些结果的密度的负折射率超材料开辟了新的途径，微调本构参数在所需的值，通过变换光学。
2010-01-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Highly tunable hybrid metamaterials employing split-ring resonators strongly coupled to graphene surface plasmons
超材料和等离子体是非常规操纵和利用光的强大工具。超材料可以被设计成具有天然材料所缺乏的有趣特性，例如负折射率。等离子体提供了将光限制在亚波长维度并增强光与物质相互作用的能力。最近，基于石墨烯的等离子体显示出新兴的技术潜力，因为与基于金属的等离子体相比，它具有大的可调谐性，更高的场约束和更低的损耗。在这里，我们介绍了混合结构，包括石墨烯等离子体谐振器有效地耦合到传统的开口环谐振器，从而展示了一种高度可调的超材料，其中两个谐振之间的相互作用达到强耦合制度。这种混合超材料被用作高速THz调制器，表现出超过60%的透射调制和超过40 MHz的工作速度。该器件概念还提供了一个平台，用于探索石墨烯等离子体结构中的腔增强光-物质相互作用和光学过程，用于包括传感，光电检测和非线性频率产生在内的应用。
2015-05-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strong diamagnetic response of metamaterials
我们证明，有一个强大的抗磁响应的超材料，包括开放或封闭的开口环谐振器（SRRs）。详细的数值工作表明，对于密集堆积的SRR的磁导率，$μ(ω)$，不接近单位，如预期的频率低于和高于谐振频率，$ω_0$。低于$ω_0$时，$μ(ω)$给出的值范围为0.9至0.6，取决于金属环的宽度，而高于$ω_0$时，$μ(ω)$接近0.5。封闭环在宽频率范围内具有$μ\approx 0.5$，与环的宽度无关。一个简单的模型，使用内部和外部的电流回路的SRR可以很容易地解释这种强的抗磁响应，这可以用于磁悬浮理论。
2008-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Experimental realization of magnetic energy concentration and transmission at a distance by metamaterials
控制电磁能对于高效和可持续的社会至关重要。一个关键的要求是将磁能集中在所需的空间体积中，以便提取能量来产生功或存储它。超材料为控制电磁能开辟了新的可能性。最近，理论上已经设计出了一种超导铁磁超材料，其允许前所未有的磁能集中和放大，以及其通过自由空间的远距离传输。在这里，我们设计并构建了一个实际版本的超导铁磁超材料，并通过实验证实了这些特性。我们还表明，铁磁超材料，没有超导部件，可以实现集中和传输的能量，只有轻微的性能下降。通过磁性超材料在一定距离处传输磁能可以提供增强无线电力传输的新方法，其中效率关键取决于源和接收器之间的磁耦合强度。
2013-08-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Discrete breathers in nonlinear magnetic metamaterials
由开口环谐振器或$U-$型元件组成的磁性超材料由于弱耦合，在太赫兹和光频区可能会表现出离散效应。我们考虑一个模型一维超材料形成的离散阵列的非线性开口环谐振器与每个环与其最近的邻居相互作用。现场的非线性和弱耦合之间的个别阵列元素的外观的离散呼吸激发或固有的本地化模式，无论是在能量守恒和耗散系统。我们分析离散的单和多呼吸激发，以及一个特殊的呼吸配置形成的磁化畴壁，并调查其流动性和磁性能，他们的存在诱导系统。
2006-09-11 cond-mat.mtrl-sci nlin.PS
Biharmonic Split Ring Resonator Metamaterial: Artificially dispersive effective density in thin periodically perforated plates
本文提出了一种理论和数值分析的弯曲波定位在边界上的柏拉图晶体的积木是分裂环谐振器（SRR）。我们首先推导出均匀化的参数的结构板使用三尺度渐近展开的线性化双调和方程。在极限时的弯曲波的波长远大于典型的异质性尺寸的柏拉图晶体，我们表明，它表现为一个人工板与各向异性的有效杨氏模量和色散的有效质量密度。然后，我们分析色散图与弯曲波传播的无限阵列内的SRR，本征解的Floquet-Bloch波的形式寻求。我们最后证明，这种结构显示了全角度负折射（AANR）的特点，它导致超透镜和超折射效应，解释感谢我们的均匀化模型作为负和消失的有效密度的结果，分别。
2014-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Asymmetric planar terahertz metamaterials
我们报告了在垂直和水平电场极化的开口环谐振器（SRR）中，在垂直入射下，使用太赫兹时域光谱的三个不同的谐振的实验观察。通过从环的中心向角逐渐地移位电容间隙来打破SRR中的对称性允许对基本电感-电容谐振进行85%的调制。增加不对称性会导致原本难以实现的高品质因数电四极共振的演变，该共振可用于太赫兹区域的生物传感应用。
2010-06-02 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
rf SQUID metamaterials
在有效介质近似下，研究了交变磁场中射频超导量子干涉器件（SQUID）阵列的有效磁导率。该系统充当固有的非线性磁性超材料，导致负磁响应，从而导致在各个SQUID的谐振频率以上的负磁导率。此外，磁导率在低场强下表现出振荡行为，允许其通过所施加的场的强度的轻微变化来调谐。
2007-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Modulational instability of magnetoelastic metamaterials
研究了最近设计的由弹性介导开口环谐振器（SRR）组成的磁弹性超材料的调制不稳定性。建立了有效的电路模型。然后研究了四种情况：SRR的二聚体、一维二聚体阵列、一维均匀阵列和二维分层阵列。研究发现，除了二聚体情况外，其他所有多体情况都可能存在调制不稳定性，这可能会扰乱均匀假设下的双稳态（如果有的话）。
2012-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Electromagnetic energy in a dispersive metamaterial
推导了由开口环谐振器阵列和导线阵列组成的色散、有耗、左手超材料中电磁场能量密度的表达式。考虑了具有一般时间依赖性的电磁场。结果与以前发表的结果进行了比较。在没有损失的情况下，与色散材料中能量密度的一般结果一致。用时域有限差分（FDTD）数值方法对公式进行了验证。两种常用的磁导率模型的适用性的问题，计算存储在一个阵列的开口环谐振器的能量进行了讨论。
2006-03-23 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph physics.comp-ph
An FET-Based Unit Cell for an Active Magnetic Metamaterial
一种可以用来制造有源磁性超材料的粒子已经被设计成使用FET晶体管，该FET晶体管通过导电环在其栅极中加载，并通过并联谐振电路在其源极中加载。讨论了设计过程，并在射频范围内通过实验验证了其工作原理。
2011-06-21 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Multistability and Self-Organization in Disordered SQUID Metamaterials
平面阵列的磁感应耦合射频SQUID属于新兴的一类超导超材料，包括约瑟夫森效应。SQUID超材料从其构成元件的谐振特性获得其电磁特性，即，单个的rf SQUID由被约瑟夫森结中断的超导环组成。我们调查的二维SQUID超材料的响应频率变化的施加的交变磁场中存在的障碍，所产生的临界电流波动的约瑟夫森元件;实际上，单个SQUID的谐振频率随机分布的平均值。在有序和无序的SQUID超材料中，在总电流-频率曲线中都观察到双稳态;此外，通过提高SQUID振荡器之间的同步，无序有利于双稳态。相对较弱的无序通过帮助系统自我组织而显著地拓宽了双稳态区域，并导致几乎均匀的状态随着频率的变化而平滑地变化。此外，通过耦合和同步的协同作用，超材料的总电流比未耦合的SQUID的总电流有所增加。几乎均匀状态的多稳定性允许超材料表现出对应于不同的磁导率值的不同磁响应。在低功率的入射场，高电流状态下表现出极端的抗磁特性对应于负磁导率在一个狭窄的频率区域。
2013-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multi-parametric sensitivity analysis of the band structure for tetrachiral acoustic metamaterials
四手性材料的特征在于由刚性环和柔性韧带的周期性图案制成的蜂窝状微观结构。它们的力学行为可以用刚性大质量体和弹性无质量梁的平面晶格来描述。周期性的细胞动力学是由一个单原子结构模型，方便地减少到唯一的积极程度的自由。本文给出了控制弹性波自由传播的能带结构的显式参数描述。借助于多参数摄动技术，进行灵敏度分析，以实现色散函数的解析渐近近似。在低频范围内的全带隙的存在的参数条件的建立。此外，在允许的参数范围内，带隙振幅进行了分析评估。在四手性声学超材料中，可以通过引入环内谐振器来打开阻带。摄动方法可以有效地处理由此产生的力学参数空间的扩大。实际上，对于能带结构实现了高精度的参数近似，通过与谐振器频率相关的新的光学分支来丰富。特别是，在超材料光谱的目标阻带解析设计通过反谱问题的渐近解。
2018-03-02 cond-mat.mtrl-sci
A DC magnetic metamaterial
电磁超材料是一类在亚波长尺度上人工构造的材料。它们目前是人们极大兴趣的焦点，因为它们允许获得以前无法实现的特性，如负折射率。到目前为止，大多数超材料设计都是基于谐振元件，如开口环，研究集中在微波频率及以上。在这项工作中，我们提出了第一个实验实现的非共振超材料设计工作在零频率。我们的样品是基于最近提出的各向异性磁性超材料的超导板阵列组成的模板。磁力实验表明，一个强大的，可调的抗磁响应时，施加垂直于板的字段。我们计算了相应的有效磁导率，这与理论预测吻合得很好。这种超材料的应用可以包括弱DC磁场的非侵入式屏蔽。
2007-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Surface magnetoinductive breathers in two-dimensional magnetic metamaterials
研究了具有电容非线性的电感耦合开口环谐振器二维晶格中的离散表面呼吸子。我们认为这两个哈密顿和耗散系统和分析的模式定位在空间和周期性的时间（离散呼吸）位于角落和边缘的晶格的属性。我们发现，表面呼吸子的哈密顿系统具有较低的能量比他们的体对应物，他们通常更稳定。
2009-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Gain-Driven Discrete Breathers in PT-Symmetric Nonlinear Metamaterials
介绍了一种由具有增益和损耗的开环二聚体组成的一维宇称时间（PT）对称非线性磁性超材料。当非线性是不存在的，我们发现一个确切的一个破碎的PT相位之间的过渡;在前者的系统具有两个带隙的频谱的形状确定的增益和损耗系数，以及单元间的耦合。在非线性的存在下，我们数值计算表明，作为一种新型的长寿命的稳定的离散呼吸子的增益/耗散匹配的结果，可以形成以下的带的下分支没有衰减。在这些局域模式中，能量在两个相邻的分裂环之间几乎相等地分配，一个分裂环具有增益，另一个分裂环具有损耗。
2013-04-05 cond-mat.mtrl-sci nlin.PS physics.optics
Broadband terahertz generation from metamaterials
太赫兹光谱范围约为0.1至15 THz，是最少探索但技术变革最多的光谱区域之一。当前的一个挑战是开发具有宽带和无间隙光谱的高效和紧凑的太赫兹发射器/检测器，其可以针对各种泵浦光子能量进行定制。在这里，我们展示了有效的单周期宽带太赫兹产生，范围从约0.1至4太赫兹，从一个薄的层的开口环谐振器与几十纳米的厚度在1.5微米（200太赫兹）的电信波长泵浦。太赫兹辐射是由开口环谐振器的磁偶极共振激发产生的，在非共振泵浦下会迅速衰减。这，连同泵浦偏振依赖性和功率缩放的太赫兹发射，确定了在开口环谐振器中的光致非线性电流的作用。我们还揭示了一个巨大的片非线性极化率$\sim$ 10 $^{-16}$ m $^2$ V $^{-1}$，远远超过薄膜和散装非中心对称材料。
2014-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrasonic nodal chains in topological granular metamaterials
三维Weyl和Dirac半金属在凝聚态物理中由于探索了全新的拓扑相和相关的非常规表面态而获得了相当大的关注。另一方面，节线和环半金属可以促进3D带交叉，其特征在于由非平凡的链接，如耦合链和结，由潜在的晶体对称性保护。实验的复杂性，自旋-轨道相互作用的有害影响，以及底层表面态合并到块体中，为不断增长的进步带来了巨大的挑战，但幸运的是，使其他系统，如玻色子晶格，成为克服这些障碍的理想平台。在这里，我们展示了一个3D机械超材料制成的颗粒珠，这是预测提供多个交叉的节环在超声制度。通过揭示这些尚未发现的经典拓扑相，我们讨论了相关的新表面状态的弹性，这些表面状态似乎完全不受晶体终止类型的影响，使它们成为超声设备中用于无损检测和材料表征的极好平台。
2019-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
Nonlinear properties of left-handed metamaterials
我们分析了具有负折射的微结构材料，即所谓的左手材料的非线性特性。我们考虑了一个二维周期性结构的金属丝阵列和开口环谐振器嵌入到非线性介质，并计算了有效的非线性介电常数和磁导率。我们证明了磁导率对场强的依赖性，允许改变材料从左手到右手和回来。这些效应可以看作是外场变化引起的透射特性的二阶相变。
2003-03-21 cond-mat.mtrl-sci nlin.PS
Classical theory of second-harmonic generation from magnetic metamaterials
最近从由具有有效负磁导率的金属开口环谐振器的周期阵列组成的超材料中实验观察到强二次谐波产生[Science，313，502（2006）]。为了探索潜在的物理机制，一个经典的模型，从微观理论推导。将金属中的准自由电子近似为经典的库仑相互作用电子气，用冷等离子体波动方程描述它们在外电磁场激发下的运动.通过数值模拟，定性和定量地证明了微观理论包含了主要的物理机制。
2012-05-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
