超材料与自然材料的融合 第1卷 非金属基超常电磁介质
出版时间： 2016年版
内容简介
超材料指的是一大类具有自然材料所不具备的超常物理性质的人工材料。作者提出了超材料与自然材料融合的思想，旨在获得兼具超材料和自然材料优势的新型功能材料系统，同时也提供了一种构造具有超常功能材料的新方法。本书是在这种思想指导下关于一些新型材料的设计与构筑实践的成果。本卷内容总结了作者所在课题组近年来在非金属基超常电磁介质构造方面的工作，即利用非金属自然材料的某些功能与结构，使其融合到超材料当中，以解决常规的金属基超材料的高损耗、复杂结构、各向异性等问题。重点介绍了一些典型非金属基超常介质的构筑原理、设计方法和研究结果。
目录
前言
第1章构筑超常电磁介质的常规路线1
1.1左手材料及其特性1
1.2左手材料的实现5
1.3新的结构单元的探索8
1.4基于金属谐振单元超材料的挑战11
参考文献12
第2章基于陶瓷颗粒电磁谐振单元的介质基超材料18
2.1基于Mie谐振的有效电磁参数理论分析与模拟18
2.1.1Lewin模型18
2.1.2理论计算19
2.1.3数值模拟22
2.2陶瓷颗粒超材料样品的设计与制备24
2.2.1样品设计24
2.2.2陶瓷颗粒样品的制备及表征25
2.2.3陶瓷超材料样品的组装27
2.3测试结果28
2.4各向同性负有效磁导率超材料29
2.4.1模拟场分布验证29
2.4.2色散计算验证31
2.4.3左手透射通带实验验证32
2.5介质人工分子||陶瓷颗粒间的相互作用35
2.5.1电磁波电场方向的电磁相互作用36
2.5.2电磁波磁场方向的电磁相互作用41
2.5.3电磁波传播方向的电磁相互作用46
2.5.4立方晶格常数a的影响51
2.6小结60
参考文献61
第3章基于铁氧体铁磁共振的超材料62
3.1基本思路与原理62
3.1.1磁矩进动的物理过程63
3.1.2无限大旋磁介质在静磁场和交变磁场共同作用下的磁导率64
3.1.3平面波在无限大旋磁介质中的传播66
3.1.4铁磁共振的高频行为71
3.2铁氧体片/金属线复合左手材料的构造与电磁传输78
3.2.1研究方法79
3.2.2单独铁氧体片的电磁传输特性81
3.2.3YIG片/金属线(柱)复合结构左手传输特性的实验与模拟85
3.2.4基于YIG片/金属线复合的非互易左手传输的实验与模拟94
3.3铁氧体棒/金属线复合左手材料的构造与电磁传输98
3.3.1YIG棒阵列的电磁传输特性99
3.3.2YIG棒/金属线复合结构左手传输特性的实验与模拟109
3.3.3YIG棒/金属线之间的电磁耦合112
3.3.4具有低损耗的铁氧体壳/金属线芯结构单元的左手材料121
3.3.5YIG方块/金属线复合结构的构造及其左手传输125
3.3.6S波段下YIG片(棒)/金属线复合结构的左手传输129
3.3.7垂直波导窄边加场YIG/金属线复合结构的左手传输133
3.4铁氧体/电介质复合全介质左手材料139
3.4.1高介电常数电介质电共振理论139
3.4.2SRR/BST棒复合介质的左手传输140
3.4.3YIG棒/BST棒复合介质的左手传输143
3.5铁氧体/金属线复合左手材料的负折射表征146
3.5.1实验原理与背景146
3.5.2实验装置及检验149
3.5.3实验结果与分析152
3.6小结157
参考文献159
第4章基于极性晶格振动的本征超常电磁介质161
4.1极性晶格振动实现超常介电响应的机制与原理161
4.1.1极性晶格振动与介电谐振161
4.1.2横模频率对超常介电特性的影响164
4.1.3阻尼系数对超常介电特性的影响164
4.1.4静态介电常数对超常介电特性的影响165
4.1.5高频介电常数对超常介电特性的影响165
4.1.6元素电负性对超常介电特性的影响166
4.2介电常数成分可调的红外超常电介质167
4.2.1材料体系确定168
4.2.2实验样品准备与表征168
4.2.3测试方法169
4.2.4实验结果171
4.3红外波段电磁隐身斗篷设计和模拟180
4.3.1模拟方法181
4.3.2二维各向同性环形隐身斗篷设计和模拟182
4.3.3二维地毯式隐身斗篷设计和模拟189
4.4红外全介质左手材料设计和模拟198
4.4.1红外全介质左手材料199
4.4.2电、磁单元间耦合效应对左手特性影响205
4.4.3全介质左手材料折射行为研究211
4.5基于晶格振动的强各向异性介质及其负折射特性213
4.5.1强各向异性材料实现负折射的基本原理214
4.5.2样品准备、测试方法和模拟手段218
4.5.3基于极性晶格振动的强介电各向介质219
4.6小结225
参考文献227
第5章基于电子共振跃迁的光频超常电磁响应230
5.1稀土掺杂晶体的电子跃迁行为230
5.2电偶极跃迁型超常介电响应231
5.2.1电偶极跃迁的物理模型231
5.2.2稀土掺杂晶体的介电响应234
5.3磁偶极跃迁型超常磁响应237
5.3.1磁偶极跃迁的物理模型237
5.3.2稀土掺杂晶体的磁响应238
5.4负折射行为与左手通带240
5.5小结241
参考文献242
第6章基于层状化合物的天然非正定介质244
6.1非正定介质244
6.1.1非正定介质及其电磁参数244
6.1.2非正定介质的特性245
6.1.3非正定介质的应用248
6.2单晶石墨的非正定介电性质及负折射行为250
6.2.1石墨介电性能251
6.2.2基于椭偏法的单轴各向异性晶体介电常数测试理论253
6.2.3石墨的介电测试257
6.2.4石墨的负折射行为测试260
6.2.5石墨负折射的模拟结果263
6.3其他层状化合物中的非正定介质266
6.3.1MgB2材料的非正定介电性质及负折射行为267
6.3.2铜基超导材料中的非正定介电性质271
6.3.3锶钌氧RP相系列材料的非正定介电性质280
6.3.4本征非正定介质分类285
6.4小结287
参考文献288
第7章思考与展望291
7.1关于超材料意义的再思考291
7.2非金属基超常介质的应用前景293
参考文献296
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