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基于方形开口环的超宽带线性极化转换器 预览
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作者 徐进 李荣强 +2 位作者 蒋小平 王身云 韩天成 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期243-249,共7页
电磁波的极化调控在卫星通信、雷达探测以及立体显示成像等领域有重要的应用价值,探索易于加工、转换效率高、工作频带宽的高性能极化转换器具有重要的研究意义.本文提出了一种基于方形开口环超构表面的线性极化转换器,该转换器具有各... 电磁波的极化调控在卫星通信、雷达探测以及立体显示成像等领域有重要的应用价值,探索易于加工、转换效率高、工作频带宽的高性能极化转换器具有重要的研究意义.本文提出了一种基于方形开口环超构表面的线性极化转换器,该转换器具有各向异性特点,反射电场沿两个对角线方向的分量振幅相等,相位相差180°,导致在反射模式下能够将入射波的极化方向旋转90°.实验测试结果表明,在7.12—18.82 GHz频带范围内极化转换率高于90%,相对带宽达到90%.频带的显著拓宽基于四个谐振频点,每个谐振频点的转换效率都接近100%.实验结果与模拟结果相符合,验证了提出的超构表面可以在较宽的频带范围内实现电磁波的90°极化旋转. 展开更多
关键词 极化转换 材料 表面 宽带 各向异性
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基于亚波长人工微结构的电磁波减反增透研究进展 预览
2
作者 姚尧 沈悦 +1 位作者 郝加明 戴宁 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第14期190-207,共18页
电磁波抗反射技术在太阳能电池、光学透镜、红外传感、探测器等众多应用场景中至关重要,长久以来一直是先进光学系统、光电器件研究领域热点方向之一.本文简略回顾了传统的减反的理论与方法;侧重介绍了近几年来基于亚波长人工微结构材... 电磁波抗反射技术在太阳能电池、光学透镜、红外传感、探测器等众多应用场景中至关重要,长久以来一直是先进光学系统、光电器件研究领域热点方向之一.本文简略回顾了传统的减反的理论与方法;侧重介绍了近几年来基于亚波长人工微结构材料的电磁波减反增透相关研究进展,主要内容包括局域表面等离激元抑制光反射增强光耦合,传播表面等离激元局域共振模式诱导高透隧穿,超构材料诱导金属透明,人工微结构超表面红外、太赫兹减反等若干典型工作;探讨了亚波长人工微结构光学减反领域未来的发展方向与其所可能遇到的问题挑战. 展开更多
关键词 减反 表面等离激元 材料 干涉相消
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基于人工表面等离激元结构的全向隐身 预览
3
作者 权家琪 圣宗强 吴宏伟 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第15期206-212,共7页
人工局域表面等离激元结构具有许多特殊的光学性质,对于新一代光学元件的设计具有重要的意义.本文设计了一种在硅盘中周期性嵌入金属条的结构,从而使得物体在任意方向的光散射均被抑制,实现了全方向隐身的效果.通过理论分析与数值模拟,... 人工局域表面等离激元结构具有许多特殊的光学性质,对于新一代光学元件的设计具有重要的意义.本文设计了一种在硅盘中周期性嵌入金属条的结构,从而使得物体在任意方向的光散射均被抑制,实现了全方向隐身的效果.通过理论分析与数值模拟,发现这种空心的人工局域表面等离激元结构在一定频率下会出现强散射抑制现象,这是由结构的散射波与背景波之间干涉相消产生的效果,且由于结构是一种周期性环状结构,因此可以在散射抑制的频率点下实现全方向的隐身效果.这为分析人工局域表面等离激元结构的物理隐身和光学响应提供了一条新的途径.此外,本文还分析了结构在不同参数条件下对散射谱移动规律的影响.本文的结果适用于微波到太赫兹波区域,可以应用于各种先进的光学器件,如雷达、隐身涂层、传感器和探测器等. 展开更多
关键词 人工局域表面等离激元 材料 散射 全向隐身
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双层柱状结构对声表面波芯片的声场调控仿真 预览
4
作者 唐帅 梁辰 +2 位作者 许丽萍 温廷敦 韩建宁 《云南师范大学学报:自然科学版》 2019年第5期46-52,共7页
通过将双层柱状微结构加工在SAW芯片表面,在COMSOL有限元仿真软件下实现了声波在结构内部的单点聚焦以及多极局域效应,并得出了结构尺寸与声波频率的对应关系.
关键词 材料 声表面波 声场调控 局域共振
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超构材料红外探测芯片的研究进展 预览
5
作者 易飞 《飞控与探测》 2019年第3期10-37,共28页
在梳理超构材料的概念与发展历程的基础上,着重分析了超构材料对波长、偏振态、相位等电磁波参量的调控作用。结合红外探测芯片及成像系统的发展趋势,介绍了超构材料与红外探测芯片的结合,及其在双色/多色成像、偏振成像、高光谱成像等... 在梳理超构材料的概念与发展历程的基础上,着重分析了超构材料对波长、偏振态、相位等电磁波参量的调控作用。结合红外探测芯片及成像系统的发展趋势,介绍了超构材料与红外探测芯片的结合,及其在双色/多色成像、偏振成像、高光谱成像等先进成像模式中的应用,以及国内外相关研究进展。 展开更多
关键词 材料 红外探测芯片 双色成像 偏振成像 高光谱成像
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惠更斯电磁超构表面微波天线的研究进展(特邀文章) 预览
6
作者 陈志宁 刘炜 +2 位作者 李腾 林丰涵 江梅 《电波科学学报》 CSCD 北大核心 2018年第3期239-255,共17页
惠更斯电磁超构表面脱胎于现代三维超构材料,是一种特殊的二维亚波长阵列结构.基于经典电磁学惠更斯等效原理,惠更斯电磁超构表面可以灵活地调控电磁波的传播和电磁场的分布,其独特的电磁特性给天线的创新带来了巨大的机遇.文章将综述... 惠更斯电磁超构表面脱胎于现代三维超构材料,是一种特殊的二维亚波长阵列结构.基于经典电磁学惠更斯等效原理,惠更斯电磁超构表面可以灵活地调控电磁波的传播和电磁场的分布,其独特的电磁特性给天线的创新带来了巨大的机遇.文章将综述惠更斯电磁超构表面在微波天线中的研究进展,简要介绍惠更斯超表面的基本概念和原理并总结其在微波天线设计中的应用,重点阐述三种惠更斯超构表面天线技术及其设计案例.最后,展望惠更斯超构表面在天线工程中的广阔应用前景. 展开更多
关键词 电磁表面 材料 惠更斯原理 色散特性分析 特征模分析 微波表面天线 低剖面宽带天线 表面透镜天线 多波束天线 波束控制 天线去耦合
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超宽谱透射式的太赫兹波正交偏振转换器 预览
7
作者 李恒一 张权 +2 位作者 赵伟 郑虹 朱玲 《物理实验》 2018年第8期1-5,共5页
利用CST电磁场仿真软件模拟设计了基于开口谐振环-介质-光栅3层结构的超宽谱透射式的太赫兹波正交偏振转换器件,研究了各层透射系数谱以及结构参量对偏振转换的影响,通过计算结构电场和电流分布分析了器件的工作原理.模拟结果表明:设... 利用CST电磁场仿真软件模拟设计了基于开口谐振环-介质-光栅3层结构的超宽谱透射式的太赫兹波正交偏振转换器件,研究了各层透射系数谱以及结构参量对偏振转换的影响,通过计算结构电场和电流分布分析了器件的工作原理.模拟结果表明:设计的器件实现在0.5~2.7THz频谱内,将入射的y偏振太赫兹光转换成x偏振光,转换效率高达99%.由结构电场分布以及表面电流分布推出,入射的y偏振太赫兹光耦合到开口环上,形成振荡的电偶极子,并辐射出太赫兹波x偏振分量.底部光栅层的作用是透过x偏振分量,并将剩余的y偏振光反射回开口环层,并在开口环层和光栅层间形成法布里-珀罗反射进一步提高偏振转换效率.可通过优化介质层厚度、光栅宽度和阵列周期关键参量来优化器件的转换性能. 展开更多
关键词 太赫兹波 偏振器 材料 CST
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超构材料类电磁感应透明现象的实验研究 预览
8
作者 怀思然 丁亚琼 《上海理工大学学报》 北大核心 2018年第5期494-499,共6页
基于梳状线和开口谐振环组成的耦合结构,在开口谐振环上加载电阻调节损耗,加载电容使结构达到深亚波长尺度,实现了超构材料类电磁感应透明现象。通过调节梳状线和开口谐振环之间的距离改变近场耦合强度。实验结果表明,随着耦合强度的减... 基于梳状线和开口谐振环组成的耦合结构,在开口谐振环上加载电阻调节损耗,加载电容使结构达到深亚波长尺度,实现了超构材料类电磁感应透明现象。通过调节梳状线和开口谐振环之间的距离改变近场耦合强度。实验结果表明,随着耦合强度的减小,电磁感应透明频率处的透射率逐渐减小,反射率逐渐增大,吸收率呈现先增大后减小的趋势。与此同时,群延时变大,慢波效应明显,但透明窗口逐渐变窄,慢波带宽变窄。 展开更多
关键词 材料 电磁感应透明 慢波 耦合模理论
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极化控制的双波段宽带红外吸收器研究 预览
9
作者 杨鹏 韩天成 《物理学报》 CSCD 北大核心 2018年第10期203-208,共6页
红外吸收器在红外隐身、辐射制冷、红外探测、传感器等方面有重要的应用前景.一维光栅型吸收器由于其结构简单、易于加工的优势备受关注,然而其不足之处是频带很窄,且只对一种极化有效.本文提出了一种基于简单一维周期结构的双波段宽带... 红外吸收器在红外隐身、辐射制冷、红外探测、传感器等方面有重要的应用前景.一维光栅型吸收器由于其结构简单、易于加工的优势备受关注,然而其不足之处是频带很窄,且只对一种极化有效.本文提出了一种基于简单一维周期结构的双波段宽带吸收器,对横磁波和横电波都有效,且吸波频段随入射波的极化方式而改变.该结构的基本单元由八个梯度排列的子单元构成,每个子单元由两层金属-介质双层膜垂直层叠组成.全波仿真结果表明,在1.68—2μm波段,该结构对横磁波吸收超过90%,而对横电波吸收很小(小于6%);在3.8-3.9μm波段,该结构对横电波吸收超过90%,而对横磁波吸收很小(小于5%).另外,该结构具有宽角度吸收特性,当入射角增大到60°时仍然能够保持较高的吸收率和较宽的吸收频带. 展开更多
关键词 材料 宽带吸收 双波段 极化控制
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广义折反射定律 预览 被引量:4
10
作者 赵泽宇 蒲明博 +1 位作者 王彦钦 罗先刚 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2017年第2期129-139,共11页
折射和反射是波动传播时的基本现象,光波、电磁波和声波等均可被材料界面折射和反射。近来研究发现,通过在界面上制备人为设计的亚波长结构阵列,可改变传统折射和反射行为,为成像、电磁/几何外形解耦、全息显示等技术提供新的手段。本... 折射和反射是波动传播时的基本现象,光波、电磁波和声波等均可被材料界面折射和反射。近来研究发现,通过在界面上制备人为设计的亚波长结构阵列,可改变传统折射和反射行为,为成像、电磁/几何外形解耦、全息显示等技术提供新的手段。本文综述了近年来折反射定律研究取得的进展,介绍了不同材料体系中波的折反射行为,阐述了相关的基本理论和具体应用。最后,结合本课题组的最新结果,分析了现有研究存在的不足,展望了本领域未来的发展趋势。 展开更多
关键词 表面等离子体 材料 表面 广义折反射定律
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超构天线:原理、器件与应用 预览
11
作者 马晓亮 李雄 +2 位作者 郭迎辉 赵泽宇 罗先刚 《物理学报》 CSCD 北大核心 2017年第14期160-180,共21页
自从电磁波被发现和应用以来,利用各种材料或者结构调节电磁波的辐射行为、构造高性能的电磁辐射器件一直是研究人员的追求目标.经过百余年的发展,电磁辐射器件的方向性提高、带宽拓展等技术逐渐达到瓶颈.受自然材料电磁特性的限制,微... 自从电磁波被发现和应用以来,利用各种材料或者结构调节电磁波的辐射行为、构造高性能的电磁辐射器件一直是研究人员的追求目标.经过百余年的发展,电磁辐射器件的方向性提高、带宽拓展等技术逐渐达到瓶颈.受自然材料电磁特性的限制,微带天线、喇叭天线等传统电磁辐射器件存在体积重量大、工作带宽窄、无法快速动态调控等缺陷,难以满足日益发展的通信技术的需求.近年来出现的亚波长结构可在深度亚波长尺度下调控电磁波的传输行为,出现了多种奇异的电磁现象,完善了传统的电磁学理论,在一定程度上突破了传统材料电磁特性的限制,形成全新的电磁辐射技术,有效解决了传统天线存在的口径大、厚度高、带宽窄等难题,促进了电磁学、光子学、材料学等领域的发展.这种基于超构材料的新型天线可以被称为超构天线,具有高方向性、低副瓣、超宽带、可重构等传统天线难以实现的功能.本文主要回顾了近年来基于亚波长超构材料的超构天线技术的发展现状和取得的成果,介绍了超构材料在亚波长尺度下对电磁波振幅、相位、偏振态等的衍射调控机理,以及在此基础上形成的新型辐射器件,例如相控阵天线、高方向性天线、低雷达散射截面天线,基于亚波长结构的多种偏振调控器件及其在天线中的应用等.在衍射极限尺度下,这种亚波长结构的调控行为可有效提升电磁辐射器件的方向性、带宽,并可重构天线的工作频率、偏振态等性能. 展开更多
关键词 亚波长结 材料 天线 衍射调控
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非线性光学超构表面 预览
12
作者 邓俊鸿 李贵新 《物理学报》 CSCD 北大核心 2017年第14期181-194,共14页
在线性光学范畴内,人们已经通过亚波长尺度的超薄超构表面成功实现了对光的众多新颖特性的调控功能.其主要理念是通过对具有亚波长尺度且空间方向变化的超构功能基元进行特定的排列,从而实现对光的偏振、相位和振幅的有效控制.近来,超... 在线性光学范畴内,人们已经通过亚波长尺度的超薄超构表面成功实现了对光的众多新颖特性的调控功能.其主要理念是通过对具有亚波长尺度且空间方向变化的超构功能基元进行特定的排列,从而实现对光的偏振、相位和振幅的有效控制.近来,超构表面上的非线性光学特性也引起了大家的广泛关注.在本综述中,我们对非线性光学超构表面的设计、超构功能单元的材料和对称性选择、非线性手性光学、非线性贝里几何相位和非线性波前整形等内容进行了总结;最后对非线性光学超构表面在调控光与物质的相互作用中面临的挑战和前景进行了展望. 展开更多
关键词 表面 非线性光学 贝里几何相位 材料
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超表面相位调控原理及应用 预览 被引量:5
13
作者 李雄 马晓亮 罗先刚 《光电工程》 CSCD 北大核心 2017年第3期255-275,共21页
超构表面是一种基于亚波长结构的功能膜层器件,也称超表面或二维超构材料。超构表面可在平面化的亚波长结构内产生异常的相位突变,从而为包括大口径平面成像、电磁虚拟赋形、大视场全息显示等应用提供有效手段。与传统的光学器件相比,... 超构表面是一种基于亚波长结构的功能膜层器件,也称超表面或二维超构材料。超构表面可在平面化的亚波长结构内产生异常的相位突变,从而为包括大口径平面成像、电磁虚拟赋形、大视场全息显示等应用提供有效手段。与传统的光学器件相比,超构表面器件具有亚波长尺度相位、振幅、偏振任意调控,轻薄、易集成、低损耗、表面可共形设计等诸多优点,因而受到广泛关注。本文对超构表面的相位调控原理进行分析,并据此对现有的超构表面进行分类,同时介绍了各类超构表面器件的特点和应用,最后对超构表面领域面临的挑战及有待进一步拓展的方向进行展望。 展开更多
关键词 表面 材料 相位 斯涅耳定律
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衍射极限尺度下的亚波长电磁学 预览 被引量:3
14
作者 蒲明博 王长涛 +1 位作者 王彦钦 罗先刚 《物理学报》 CSCD 北大核心 2017年第14期19-32,共14页
作为波的本性之一,衍射是现代物理学的重要研究内容.衍射导致自由空间中波的能量不能被无限小地聚集,从而为成像、光刻、光存储、光波导等技术设定了一个原理性的障碍——衍射极限.对于电磁波和光波而言,尽管通过提高介质的折射率可以... 作为波的本性之一,衍射是现代物理学的重要研究内容.衍射导致自由空间中波的能量不能被无限小地聚集,从而为成像、光刻、光存储、光波导等技术设定了一个原理性的障碍——衍射极限.对于电磁波和光波而言,尽管通过提高介质的折射率可以压缩衍射效应,但由于自然界中材料的折射率有限,该方法存在很大限制.近年来,随着表面等离子体光学的兴起,表面等离子体在超越传统衍射极限方面的能力和应用前景受到了学术界的关注.本文从亚波长电磁学的角度出发,介绍衍射极限研究的历史,综述了突破衍射极限的理论方法.首先,利用金属介质表面等离子体激元的短波长特性,可将等效波长压缩一个数量级以上,在纳米尺度实现光波的聚焦或定向传输;更进一步,通过人为设计超构材料和超构表面,利用结构化金属和介质中的局域谐振、耦合等特殊电磁响应,可实现亚波长局域相位调制、超宽带色散调控、近完美吸收、光子自旋轨道耦合等,从而突破传统理论的诸多局限,为下一代电磁学和光学功能器件奠定重要基础. 展开更多
关键词 衍射极限 表面等离子体 材料 表面
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声学超构表面 被引量:1
15
作者 李勇 《物理》 北大核心 2017年第11期721-730,共10页
声学超构表面是当前声学领域的研究热点,其是一种由人工微单元构成的超薄平面结构,由于其具备平面、超薄等独特物理特性及对声波的灵活调控能力,使得其在降噪隔振、隐身技术、非接触操控物体等诸多声学领域具有重要的应用前景。文章以... 声学超构表面是当前声学领域的研究热点,其是一种由人工微单元构成的超薄平面结构,由于其具备平面、超薄等独特物理特性及对声波的灵活调控能力,使得其在降噪隔振、隐身技术、非接触操控物体等诸多声学领域具有重要的应用前景。文章以反射型、吸收型、透射型声学超构表面为框架,深入介绍超构表面高效调控声波的物理机制并举例展示了其构建复杂声场的能力,包括任意点反射聚焦、低频完美吸声、自弯曲声束、螺旋声波以及声能量非对称传输。 展开更多
关键词 表面 材料 声场调控 低频完美吸声 无源相控阵
电磁超构材料色散调控研究进展 预览 被引量:5
16
作者 郭迎辉 蒲明博 +2 位作者 马晓亮 李雄 罗先刚 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期3-22,共20页
超构材料通常由亚波长的周期性谐振单元组成,具有自然材料所不具备的超常电磁特性,为操控电磁波提供了全新的技术途径。色散是材料的固有属性,调节亚波长结构的电磁共振可以实现奇异的色散特性,从而突破传统定律限制,实现对电磁波的任... 超构材料通常由亚波长的周期性谐振单元组成,具有自然材料所不具备的超常电磁特性,为操控电磁波提供了全新的技术途径。色散是材料的固有属性,调节亚波长结构的电磁共振可以实现奇异的色散特性,从而突破传统定律限制,实现对电磁波的任意操控,由此产生了一系列全新的应用,如超分辨成像/光刻、高效电磁吸收/辐射、平面光子器件等。本文总结了超构材料中色散调控的基本理论和几种典型方法,介绍了其在相关领域的应用,并对超构材料的发展前景作出展望。 展开更多
关键词 材料 色散调控 局域相位调控 平面光学器件
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超构材料中的光学拓扑态
17
作者 谭为 陈鸿 《物理》 CAS 北大核心 2017年第1期29-37,共9页
拓扑态是当前凝聚态物理中的研究热点,是一种由于整体拓扑效应所导致的全新电子态。近年来,大量理论和实验工作表明,由于拓扑态本质上是一种单粒子波动行为,因此可以在光学体系中找到类比,于是开启了光学拓扑态这一新兴研究方向。... 拓扑态是当前凝聚态物理中的研究热点,是一种由于整体拓扑效应所导致的全新电子态。近年来,大量理论和实验工作表明,由于拓扑态本质上是一种单粒子波动行为,因此可以在光学体系中找到类比,于是开启了光学拓扑态这一新兴研究方向。光子晶体、光学耦合腔阵列等体系成为重要的拓扑态模拟平台。文章主要以一维Dirac方程体系和二维P波超导体系为例,介绍超构材料(Metamaterials)中的光学拓扑态特性,包括能带翻转、边界态、畴壁、涡旋零能态等典型拓扑行为。 展开更多
关键词 拓扑态 材料 能带翻转 边界态 零能态
能否制造完美的光学透镜?
18
作者 包刚 何赛灵 马云贵 《科学通报》 CSCD 北大核心 2017年第17期1802-1805,共4页
完美透镜可以突破衍射极限实现亚波长成像,具有重大的应用价值.该概念的物理效果已经通过微波二维传输线实验得到验证,目前人们关心的是在光波段是否也可以制作出完美透镜.本文简要回顾了完美透镜概念的产生和发展过程,并从理论机制、... 完美透镜可以突破衍射极限实现亚波长成像,具有重大的应用价值.该概念的物理效果已经通过微波二维传输线实验得到验证,目前人们关心的是在光波段是否也可以制作出完美透镜.本文简要回顾了完美透镜概念的产生和发展过程,并从理论机制、器件参数和制备能力等角度阐述了它在光波段的发展前景. 展开更多
关键词 完美透镜 材料 衍射极限
超构材料中的光学量子自旋霍尔效应 预览
19
作者 龙洋 任捷 +2 位作者 江海涛 孙勇 陈鸿 《物理学报》 CSCD 北大核心 2017年第22期84-94,共11页
电子的量子自旋霍尔效应的发现推进了当今凝聚态物理学的发展,它是一种电子自旋依赖的具有量子行为的输运效应.近年来,大量的理论和实验研究表明,描述电磁波场运动规律的麦克斯韦方程组内禀了光的量子自旋霍尔效应,存在于界面的倏逝波... 电子的量子自旋霍尔效应的发现推进了当今凝聚态物理学的发展,它是一种电子自旋依赖的具有量子行为的输运效应.近年来,大量的理论和实验研究表明,描述电磁波场运动规律的麦克斯韦方程组内禀了光的量子自旋霍尔效应,存在于界面的倏逝波表现出强烈的自旋与动量关联性.得益于新兴的光学材料:超构材料(metamaterials)的发展,不仅能够任意设定光学参数,同时也能引入很多复杂的自旋-轨道耦合机理,让我们能够更加清晰地了解和验证其中的物理机理.本文对超构材料中量子自旋霍尔效应做了简要的介绍,内容主要包括真空中光的量子自旋霍尔效应的物理本质、电单负和磁单负超构材料能带反转导致的不同拓扑相的界面态、拓扑电路系统中光量子自旋霍尔效应等. 展开更多
关键词 量子自旋霍尔效应 材料 拓扑相变
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一种新型平面电磁超构材料的类电磁诱导透明特性 预览
20
作者 李荣 尹学爱 郑文 《滨州学院学报》 2017年第6期61-63,共3页
讨论了一种平面超构材料的类电磁诱导透明特性。研究发现,改变超构材料中四根金属棒的夹角,类电磁诱导透明特性将发生规律性变化。当金属棒的夹角为特定值时,将出现两个透射峰值。利用等效电偶极矩的耦合可以解释类电磁诱导透明现象... 讨论了一种平面超构材料的类电磁诱导透明特性。研究发现,改变超构材料中四根金属棒的夹角,类电磁诱导透明特性将发生规律性变化。当金属棒的夹角为特定值时,将出现两个透射峰值。利用等效电偶极矩的耦合可以解释类电磁诱导透明现象。文章提供了一种获得类电磁诱导透明的方法,研究结果在滤波器、传感器件及其他微波器件方面具有潜在应用价值。 展开更多
关键词 电磁诱导透明 材料 量子干涉
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