基于超材料的环磁效应研究开题报告

1. 研究目的与意义

背景：近年来，通过人工设计和制备周期性复杂金属/介质微结构来控制光与凝聚态物质的相互作用为凝聚态、光物理及材料物理等领域所关注的研究热点。具体地我们有两类人工微结构：i）基于布拉格散射机制的周期性介质结构——光子晶体（photonic crystals），类比调控电子波的自然晶体；ii）基于局域谐振的金属或高介电常数人工微结构——超材料（metamaterials），通过合理地激励和堆砌，在亚波长尺度构造具有新颖电磁响应的人工原子或分子（meta-atoms /meta-molecules，或称超原子/超分子）。环磁动量（toroidal moments）最早由前苏联物理学家zel’dovich提出，其有一些很奇异的性质：静态原子核环磁极矩对原子谱中宇称不守恒有贡献；静态环磁极矩和振荡磁偶极矩之间的相互作用被认为违反牛顿第三定律，同时非静态具有环磁多极矩的电荷-电流构造被预测在没有电磁场的情况下会产生矢势。

目的：研究基于超材料的环磁动量响应，通过调控超原子/超分子单元内部的共振特性，实现深亚波长尺度下的电磁波调控，提出多种环磁动量响应实现机制，并采用三维电磁场仿真软件对所设计的结构进行数值模拟。

意义：环磁动量不同于传统多极展开中提到的电多极矩和磁多极矩的电磁激励，其主导的响应最近在人工设计微结构材料中得以演示，可以通过调控结构的共振特性，实现深亚波长尺度下的电磁波调控。

2. 研究内容和预期目标

研究内容：

1.查阅文献资料，了解超材料的研究现状；

2.认真学习cst三维电磁场仿真软件；

3. 研究的方法与步骤

在研究过程中以理论研究为主，采用一套较为完整的从原理分析、模型构建、数值仿真及优化的研究方案。其中原理分析主要是从经典的电动力学以及电磁波传播理论发展起来的转移矩阵方法和格林函数方法。数值仿真则使用CST的电磁全场仿真软件，支持射频大型、复杂样品的设计与计算。

4. 参考文献

[1] y.b. zel'dovich. the relation between decay asymmetry and dipole moment ofelementary particles [j].sov. phys. jetp, 1958, 6:1184.

[2] i.i. naumov, l. bellaiche, and h. fu. unusual phase transitions in ferroelectricnanodisks and nanorods [j]. nature (london), 2004, 432:737.

[3] k.marinov, a. d. boardman, v. a. fedotov, and n. zheludev. toroidal metamaterial[j]. new j. phys., 2007, 9:324.

5. 计划与进度安排

第1周，2022年3月1日-3月5日，下发毕业论文任务书；

第1—2周，2022年3月1日-3月12日，学生提交开题报告等材料，指导教师审核；

第3—14周，2022年3月15日-6月4日，学生按开题报告撰写论文；