Coupling between a dark and a bright eigenmode in a terahertz metamaterial
太赫兹时域光谱和严格的模拟被用来探测一个黑暗和一个明亮的对称性破缺的超材料的等离子体本征模之间的耦合。超材料由两个紧密间隔的开口环谐振器组成，其在环内的不同位置具有其间隙。对于垂直入射和固定的偏振，两个最低阶本征模的开口环谐振器可以被激发，虽然其中之一被视为黑暗，因为耦合是禁止的，因为对称性约束。在这项工作中的重点是把一个系统的评价取决于两个共振的光谱调谐的耦合效应。
2009-01-04 physics.optics
Unified Homogenization Theory for Magnetoinductive and Electromagnetic Waves in Split Ring Metamaterials
介绍了一种考虑时间和空间色散的裂环异向介质均匀化方法。该程序是基于两个耦合系统的方程。第一个来自于将超材料近似为耦合LC电路的立方体排列，给出电流和局部磁场之间的关系。第二个方程来自宏观麦克斯韦方程组，给出了超材料的宏观磁场与平均磁化强度之间的关系。结果表明，电磁波和磁感应波在超材料中的传播，从这个分析。因此，所提出的时间和空间色散磁导率说明了超材料的波的完整频谱的表征。最后，它表明，所提出的理论是在良好的定量和定性协议与全波模拟。
2007-11-27 physics.optics
A modal analysis method to describe weak nonlinear effects in metamaterials
本文采用严格的本征模分析方法研究了线性和弱非线性异向介质的电磁特性。当异向介质具有弱非线性时，非线性响应完全可以用线性本征模来描述。我们用这个理论来解释金属超材料的本征二次谐波光谱。我们的研究表明，超材料本征模式在优化非线性超材料响应的程度上起着关键作用，即优化不良的模式图案破坏了等离子体共振场增强的广泛公认的益处。
2012-05-19 physics.optics
Kapitza homogenization of deep gratings for designing dielectric metamaterials
我们从理论上研究了横向光栅对横向电波的介电响应的均匀化，其特征在于Kapitza条件，即介电常数随着调制深度的缩放而快速调制为大的波长与调制周期比。我们表明，所产生的有效介电常数，除了标准的平均基础的介电分布，有进一步的贡献所产生的快速和深的介电调制。这种贡献与另一种贡献相当，因此可以为设计介电超材料提供另一种方法。作为一个例子，我们讨论了一个有效的金属到介电过渡所产生的Kapitza的贡献，通过改变光栅深度。
2013-03-20 physics.optics
Cooperative field localization and excitation eigenmodes in disordered metamaterials
我们的近场响应的无序阵列包括非对称开口环谐振器，表现出很强的合作响应的数值和实验研究。我们的模拟处理的单位细胞分裂环谐振器作为离散的点状振荡器与相关的电和磁点偶极辐射，而强的合作辐射耦合之间的不同分裂环是完全包括在所有订单。该方法允许计算局部场和Purcell因子增强所产生的集体电和磁激励。我们发现实质上增加了标准偏差的Purcell增强与无序，使其越来越有可能找到集体激发本征模具有非常高的Purcell因子，也更强的磁比电的激发。我们发现，即使在存在强耗散损失的情况下，无序也可以显着修改超材料的合作响应，这是等离子体系统的情况。我们的集体本征模的分析铺平了道路，电磁设备功能的控制工程的基础上强相互作用的超材料阵列。
2019-02-01 physics.optics
A review of the scattering parameter extraction method with clarification of ambiguity issues in relation to metamaterial homogenization
对超材料均匀化散射参数提取方法进行了评述，指出其唯一的模糊性是与复对数函数（或复反余弦函数）分支的选择有关，而波数和本征阻抗的符号没有模糊性。虽然该方法确实产生了固有阻抗的两个符号，因此波数，但符号是相关的，而且，两个符号组合导致相同的介电常数和磁导率，因此是允许的。这一观察结果与文献中的一些陈述形成鲜明对比，文献中的固有阻抗和波数的正确符号由散射参数方法产生，通过施加额外的物理要求（如无源性）来选择。散射参数法是通过一个均匀的平面波垂直入射到一个平面平板在自由空间中的调查，审查和分支模糊的严重性，通过一个已知的超材料实现的模拟说明。适当的分支选择的几种方法进行审查，并讨论其适用于超材料样品。
2012-06-21 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
Generalized Retrieval Method for Metamaterial Constitutive Parameters Based on a Physically-Driven Homogenization Approach
基于最近引入的均匀化理论[Phys.Rev.B84，075153（2011）]，我们提出了一种广义的检索方法，该方法允许从由亚波长夹杂物组成的周期性超材料样品的常规散射测量中提取物理上有意义的体有效参数。我们表明，与传统的方法相比，我们的方法是能够捕获的异常物理波与共振超材料的相互作用，并返回物理上有意义的均匀化参数，保留在长波长限制的本地属性。作为一个副产品，我们也能够检索的组成夹杂物，这是满足预期的被动夹杂物的色散特性的极化率，与传统的检索方法相比。
2013-03-23 cond-mat.mes-hall physics.class-ph physics.optics
From Whitney Forms to Metamaterials: a Rigorous Homogenization Theory
一个严格的均匀化理论的超材料-人工周期性结构明智地设计控制电磁波的传播-发展。所有的粗粒度字段明确定义和有效的参数，然后推导出没有任何启发式的假设。该理论融合了两个概念：Smith & Pendry对场平均的物理见解和Whitney-Nedmont-Bossavit-Kotiuga插值的数学框架。所有的粗粒度场都是通过惠特尼形式定义的，并且精确地满足麦克斯韦方程。新的方法与几个分析和数值例子说明，并同意与已建立的结果（例如麦克斯韦-加内特公式和零细胞大小限制）的适用范围内，后者。的近似误差的来源和相应的合适的误差指标明确识别，以及进一步提高精度的系统路线。所提出的方法应该适用于超材料和电磁波以外的领域--例如声学和弹性。
2010-10-18 cond-mat.other physics.optics
Nonlocal homogenization theory in metamaterials: effective electromagnetic spatial dispersion and artificial chirality
我们开发，从第一原理，一个通用的和紧凑的形式主义预测的电磁响应的超材料与非磁性夹杂物在长波长的限制，包括空间色散到二阶。具体而言，通过诉诸一个合适的多尺度技术，我们表明，介质有效介电常数张量和一阶和二阶张量描述空间色散可以通过平均合适的空间快速变化的字段每个satysifing类静电方程内的超材料单位细胞进行评估。对于具有可忽略的二阶空间色散的超材料，我们利用一阶空间色散和互易双各向异性电磁响应的等价性，推导出一个简单的表达式的超材料的手征张量。这样的表达式使我们能够系统地分析复合空间对称性对电磁手征性的影响。我们发现，即使超材料是几何非手性的，即，它是从它的镜像不可区分的，它显示伪手性Ω电磁手性，如果需要恢复反射后的介电分布的旋转是$0^\circ$或$90^\circ$旋转围绕一个轴正交的反射平面。这两种对称的情况包括具有手征响应的二维和一维超材料。作为一个例子承认充分的分析描述，我们讨论一维的超材料，其单一的手征参数被证明是直接相关的超材料的介电分布的求积。
2015-01-22 physics.optics
Nonlocal homogenization for nonlinear metamaterials
我们提出了一个一致的理论方法来计算有效的非线性极化率的异向介质，同时考虑频率和空间色散。采用离散偶极子模型，我们证明了空间色散的影响变得特别明显的有效介电常数共振附近的非线性介电常数达到其最大值。在这种情况下，空间色散可以使得能够同时生成具有相同频率和偏振但不同波矢量的两个谐波信号。我们还证明了，当空间色散效应可以忽略时，非线性极化率的推导表达式转化为已知的形式。除了揭示新的物理现象，我们的结果提供了有用的理论工具，分析谐振非线性超材料。
2016-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Absorbing boundary condition for Bloch-Floquet eigenmodes
提出了一种适用于光子晶体和超材料电磁频域模拟的吸收边界条件。该边界条件可以同时吸收周期晶体的多个布洛赫-弗洛奎本征模，包括传播模和消逝模。所讨论的光子晶体或超材料可以包括有损耗的、有源的、各向异性的甚至双各向异性的内含物。吸收边界条件依赖于Bloch-Floquet本征模的正交性条件，这里给出了一个广义的版本。我们测试了这种吸收边界条件的数值和目前的结果。
2013-05-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Efficient homogenization of multicomponent metamaterials: chiral effects
本文将基于 Haydock 表示的均匀化方法推广到任意多组分周期复合材料，并通过计算具有圆偏振带隙的 Bouligand 手性光子晶体验证了该方法与解析解高度一致。
2023-09-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Quasi-dark Mode in a Metamaterial for Analogous Electromagnetically-induced Transparency
利用亮模和准暗模之间的耦合，研究了一种支持类电磁感应透明（EIT）效应的平面超材料。这种超材料的具体设计由切割线（CW）和单间隙开口环谐振器（SRR）组成。从数值计算和解析结果表明，SRR的响应，这是由外部电场弱激发，减轻了存在强辐射CW的准暗本征模。这一结果表明，利用超材料中的类EIT效应实现器件的条件更为宽松，从而拓宽了许多不同结构实现的可能性。
2010-05-13 physics.optics
Towards a piecewise-homogeneous metamaterial model of the collision of two linearly polarized gravitational plane waves
我们认为实验实现的Tamm介质是光学等效的两个线性偏振的引力平面波的碰撞作为一个分段均匀的超材料。我们的配方是基于均匀化的各向同性介电磁介质的定向椭球形纳米颗粒的非常简单的安排。逆Bruggeman均匀化被用来估计的组成介质的本构参数，体积分数和形状参数。所提出的公式适用于两个引力平面波相互作用的时空区域，不包括两个平面波聚焦点处非奇异Killing-Cauchy视界的紧邻区域。
2014-08-04 physics.optics
Homogenization procedure for a metamaterial and local violation of the second principle of thermodynamics
经典的晶体理论指出，要被认为是均匀的介质必须满足以下要求：a）基本单元的尺寸必须远小于入射波长; b）样品必须包含大量的基本单元，即它必须是宏观的波长。在这些条件下，可以引入宏观量来描述介质的光学响应。我们分析表明，对于一个对称的基本细胞，这些要求可以放宽，它是可以分配的介电常数和磁导率的复合结构，即使超材料不能被认为是均匀的上述要求下。然而，在某些情况下，有效介电常数和磁导率可能会在介质内部产生非物理的有效行为，尽管它们满足例如Kramers-Kronig对的要求，并且与结构外部的所有线性特性（即在所有频率下的反射，透射和吸收）一致。在某些情况下，即使介质不是磁活性的，介质也被分配磁响应。特别是，我们证明了均匀化过程可以导致局部违反热力学第二原理的介质。我们还表明，在非均匀的制度，它是不可能描述的非线性行为的结构使用有效参数的方法，尽管分配一个有效的线性折射率的可能性。
2008-08-07 physics.gen-ph physics.optics
Single-mode subwavelength waveguides with wire metamaterials
我们研究的本征模的一个金属丝超材料的平板，并证明，这样的波导结构支持深亚波长传播模式，表现出在任何固定的频率低于金属丝的等离子体频率的单模波导的属性。我们比较我们的分析结果与实验测量中提取的色散关系。
2013-07-16 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
Homogenizing metamaterials, three times
从三个不同的角度研究了由周期性布置的散射体集合制成的超材料的均匀化。具体地说，使用了多重散射理论、泛函分析、微分几何和优化的工具。给出了详细的数值结果，并揭示了不同方法之间的联系。
2012-11-08 cond-mat.mes-hall math-ph math.MP
Dynamically controllable, homogeneous, anisotropic metamaterials with simultaneous attenuation and amplification
经典电磁理论允许在特定频率下既不完全耗散也不完全活跃的各向异性均匀超材料。完善的均匀化形式主义表明，这种超材料可以很简单地实现为至少两种不同的各向同性介电材料的电小（可能是纳米级）球状颗粒的随机混合物，其中一种必须是耗散的，但另一种是有源的。这种超材料的介电性能受组成材料的体积分数、空间分布、颗粒形状和尺寸以及相对介电系数的影响。具有更复杂的线性和非线性本构特性的类似超材料是可能的。例如通过受激拉曼散射对活性组分材料的动态控制提供了对超材料的动态控制。
2015-10-30 physics.optics
Elliptical dichroism: operating principle of planar chiral metamaterials
我们采用均匀化技术的基础上的洛伦兹电子理论表明，平面手性结构（PCS）可以描述一个有效的介电张量类似的双轴椭圆二向色性晶体。这样的晶体表现得像一个PCS，因为它表现出其特有的光学特性，即，共同旋转的椭圆偏振本征态和不对称的，方向相关的传输左/右手入射波偏振。
2009-06-16 physics.optics
Effective Constitutive Parameters of Plasmonic Metamaterials: A Direct Approach
我们介绍了最近提出的均匀化理论[Tsukerman，J. Opt. Soc. Am. B 28，577（2011）]，从而允许检索具有平行六面体单位单元的任何3D超材料的所有36个线性本构参数。有效参数直接定义为粗粒度字段对之间的线性关系，与从反射/透射数据或其他间接考虑获得这些参数的方法相反。该方法适用于等离子体超材料与球形金颗粒和开口环谐振器（SRR），分别。在这两种情况下，预期的物理行为几乎完美地再现，没有非物理的伪影。
2011-06-06 cond-mat.other physics.optics
On the Bergman-Milton bounds for the homogenization of dielectric composite materials
Bergman-Milton边界提供了对包括两种各向同性介电材料的复合材料的有效介电常数的限制。这些为由许多常规材料产生的复合材料提供了严格的界限。我们重新考虑伯格曼-米尔顿边界的光最近出现的超材料，在非常规的参数范围内遇到的相对折射率。具体地说，它表明：（a）对于非耗散材料的边界可能是无限的，如果组成材料具有相反的符号的相对电阻率;（b）弱耗散材料的特征在于相对电阻率与相反的符号的实部，边界可能是非常大的。
2006-10-27 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
Energy density above a resonant metamaterial in the GHz: an alternative to near-field thermal emission detection
本文提出了一个实验，以方便地检测在微波范围内的辐射传热。根据Pendry十多年前给出的想法[1]，我们证明了具有1 cm周期的2微米半径钨线的3D阵列使得低成本材料在2.9 GHz左右的微波范围内表现出表面等离子体。这种加热的材料应表现出远高于环境发射的等离子体频率附近的发射峰。在近场中检测到的信号的分析也应该是分析均匀化理论在到材料的距离是超材料周期的量级时如何应用的工具。在相同的条件下，也可以为非局域介电性质提供一个模型。
2015-07-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Analysis of Nonlinear Electromagnetic Metamaterials
我们分析了通过将非线性元件或材料集成到超材料元件的电容区域中而形成的非线性超材料的特性。一个简单的均匀化过程导致的复合超材料介质的非线性极化率的一般表达式。该表达式是方便的，因为它们使散射元素的非均匀系统被描述为一个连续的介质，使用标准符号的非线性光学。我们通过对制造的超材料样品进行测量来说明我们的理论框架的有效性和准确性，所述超材料样品由开口环谐振器（SRR）的阵列组成，所述开口环谐振器（SRR）具有以类似于Wang等人的方式嵌入在电容性间隙中的封装变容二极管[Opt.Express 16，16058（2008）]。由于SRR表现出对电磁场的主要磁响应，因此变容二极管加载的SRR复合材料可以被描述为在其有效磁化率中具有非线性项的磁性材料。将复合材料视为非线性有效介质，我们可以定量评估介质的性能，以增强和促进非线性过程，包括二次谐波产生，三波和四波混频，自聚焦和其他众所周知的非线性现象。我们通过预测变容二极管加载SRR介质的有效磁导率中的强度依赖性谐振频率偏移并与实验测量值进行比较来说明我们的方法的准确性。
2010-04-16 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Exceptional points in transistor-metamaterial inspired transmission lines
本文提出一维晶体管超材料传输线，证明其非互易非厄米特性，并展示异常点处功率增益最大化，与微波放大器工作点重合。
2024-01-04 physics.app-ph 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
Multiscale Physics-Informed Neural Networks for the Inverse Design of Hyperuniform Optical Materials
本研究提出多尺度物理信息神经网络，用于隐身超均匀无序光子材料的逆向设计，拓展了传统均匀化理论，可高效反演有限尺寸系统的有效介电分布并验证了长波外透明区的存在。
2024-11-30 cond-mat.dis-nn physics.app-ph physics.optics
