超材料简介

超材料简介报告人：康文彪目录一.超材料1.1超材料的概念1.2超材料的分类二.左手材料2.1左手材料的概念2.2左手材料的性质2.3左手材料的应用三.光子晶体材料3.1光子晶体材料的概念3.2光子材料的原理3.3光子材料的应用一.超材料1.1超材料的概念“超材料是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。1.2超材料的应用1.2.1零折射率超材料（1）一个国际科研团队研制出了一种新的光纳米结构，使科学家能操纵光的折射率并且完全控制光在空气中的传播。最新研究证明，光（电磁波）能通过人造媒介，从A点无任何相变地传播到B点，好像该传播媒介完全在空气中消失一样（2）科学家们将正折射率和负折射率结合在一起，实现了对光子相位的精确控制。自然界中所有已知材料的折射率均为正。科学家们通过对这些人造亚波长的纳米结构进行蚀刻，实现了对光传播的控制，使该媒介中出现了一个负折射率。科学家们接着将该折射率为负的媒介同一个折射率为正的媒介串联在一起，使得最终得到的纳米结构表现得好似其折射率为零。1.2.2超材料可吸收所有光线“当光线打击材料介质时会出现三种情况：光线被反射，比如光线照射镜面时；光线被传播，比如光线照射在玻璃窗户上时；最后一种情况就是光线被吸收并转换成热量。这种最新设计的超材料可以确保光线既不被反射，也不在其中传播，而是将光线完全吸收转换成热量1.2.3超材料用于3D显示光从“超材料”制造的空心光纤投射下来，周围的光绕着管道改变方向，使这些光不可见。另一方面，从象素的平面阵列过来的光，不可见地通过每根光纤，在三维空间的特定位置上发光。通过在空间中对数以千计这种象素的排列，可以使得3-D显示简单地浮现在空中。1.2超材料的分类（1）左手材料（2）光子材料二.左手材料2.1左手材料的概念左手材料”是指一种介电常数和磁导率同时为负值的材料。电磁波在其传播时，波矢k、电场E和磁场H之间的关系符合左手定律，因此称之为“左手材料”2.2左手材料的性质(1)负折射率效应由n1sinθ1=n2sinθ2可知：（a）n10,n20时，θ20，即入射光线位于介面法线的两侧；（b）n10,n20时，θ20，那么入射光线与折射光线位于介面法线的同侧。(2)反多普勒效应若光源发出频率ω0的光,而侦测器以速度v接近光源时,在一般介质之中侦测器所接收到的电磁波频率将比ω0高,而在左手材料中,因为能量传播的方向和相位传播的方向正好相反,所以如果二者相向而行,观察者接收到的频率会降低,则会收到比ω0低的频率,反之则会升高,从而出现反多普勒效应2.3左手材料的应用什么是“看到”？超材料在隐身领域的研究及应用进展人工超材料光传输特性的研究三.光子晶体材料3.1光子晶体的概念光子晶体是一种介电常数随空间周期性变化的新型光学微结构材料，其最根本的特征是具有光子禁带。如图1～3所示的光子晶体材料从一维到三维的结构,可以明显看出周期性的存在.高低折射率的材料交替排列形成周期性结构就可以产生光子晶体带隙.而周期的大小不同,导致了一定距离大小的光子晶体只对一定频率的光波产生能带效应.也就是只有某种频率的光才会在某种周期距离一定的光子晶体中被完全禁止传播。所谓的光子带隙是指某一频率范围的波不能在此周期性结构中传播，即这种结构本身存在“禁带”在生物界中，也不乏光子晶体的踪影。以花间飞舞的蝴蝶为例，其翅膀上的斑斓色彩，其实是鳞粉上排列整齐的次微米结构，选择性反射日光的结果.3.2光子晶体的原理晶体内部的原子是周期性有序排列的，这种周期势场的存在，使运动的电子受到周期势场的布拉格散射，从而形成能带结构，带与带之间可能存在带隙。电子波的能量如果落在带隙中，就无法继续传播。相似的，在光子晶体中是由光的折射率指数的周期性变化产生了光带隙结构，从而由光带隙结构控制着光在光子晶体中的运动3.3光子晶体材料的应用（1）微波领域中的应用—天线基于LTCC超材料基板的微带天线研究（2）电子计算机技术中的应用--光纤光子晶体光纤谢谢再见