11 NANOSTRUKTUR NANCARBON DAN NANOTUBE
15. elektrodinamika dari “LEFT-HANDED” metamaterials DENGAN ε <0 DAN μ <0
15.1. Pernyataan umum dan penentuan
15. elektrodinamika dari “LEFT-HANDED” metamaterials DENGAN ε <0 DAN μ <0
15.1. Pernyataan umum dan penentuan
Mari kita mempertimbangkan kekhasan kepentingan hukum dispersi umum menghubungkan permitivitas dielektrik dengan permeabilitas magnetik μ( )
Tuliskan persamaan Maxwell untuk media apapun tanpa biaya dan arus. ̅ ̅ ̅ ̅ ̅
̅ ̅ ̅̅̅ ̅ ̅ ̅
̅ Untuk pesawat gelombang monokromatik:
̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅
waktu derivatif adalah:
̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ dan turunannya spasial adalah:
̅ [ ̅ ̅] ̅ [ ̅ ̅] Sehingga
[ ̅ ̅] ̅ [ ̅ ̅] ̅ [ ̅ ̅] ̅ [ ̅ ̅] ̅
H dari (80а) disubtitusi (80b):
Dari situlah setelah manipulasi aljabar kita memperoleh hubungan dispersi umum:
Yang benar-benar berlaku untuk semua media, dari mana indeks bias ditentukan sebagai:
Sekilas hukum dispersi ini dari sudut pandang yang lain. Perhatikan bahwa persamaan (82) dipatuhi tidak hanya di dan tetapi juga di arti dan Hal ini logis dan tidak bertentangan hukum alam termasuk persamaan Maxwell. Apa kasus dan berarti?
1. Mungkin sifat materi tidak bergantung pada perubahan simultan tanda-tanda ε dan μ? Jawabannya tidak, karena secara logika seharusnya tidak terjadi karena sifat fisik materi dengan ε < 0 dan μ < 0 harus berbeda dari sifat. Dari materi dengan ε > 0 dan μ > 0. 2. Mungkin ada beberapa batasan fundamental untuk eksistensi hal tersebut? Itu
Jawabannya bukan, karena tidak ada batasan fisik, batasan atau keterbatasan fisik Pelarangan.
159
Oleh karena itu, masalah dengan ε < 0 dan μ < 0 secara teoritis harus ada. Namun untuk membenci waktu tidak ada bahan seperti itu kecuali pada tahun 2000 Jone Pendry
Dan David Smith dari Universitas San-Diego pada awalnya telah membuat materi Dengan permeabilitas dielektrik negatif ε < 0 dan permeabilitas magnetik μ < 0 pada Dasar kristal fotonik. Itu diakui di American Physical Society Meeting Sebagai penemuan unik dalam fisika di tahun 2000.
Menarik untuk dicatat bahwa keberadaan zat tersebut dengan ε < 0 dan μ < 0 telah ada Diprediksi oleh L. Mandelstam, sementara teori tersebut telah dikembangkan pada awal tahun 1967 oleh Victor Veselago, profesor Institut Teknik Fisika Moskow, memanggilnya sebagai bahan yang tidak dikenal. Ini merata menunjukkan tingkat tinggi ilmu-ilmu fundamental di
bekas Soviet
Serikat itu adalah yang kedua setelah Amerika Serikat, meskipun dana itu sesuai dengan peraturan besarnya lebih kecil dari di Amerika Serikat. Mengapa? Alasan seperti tingkat tinggi pada kemiskinan ini Pendanaan adalah sebuah kedermawanan, kecerdasan, kreativitas, akal pikiran dalam berpasangan kepentingan praktis atas permintaan pemerintah ketimbang uang. Ini pelajaran yang sangat bermanfaat.
Teori Veselago Tentang Bahan Left-Handed
Jelas pada persamaan (81), bahwa pada ε> 0 dan μ> 0 vektor ̅ ̅̅̅ ̅ (right-handed) merupakan tiga vector yang mengarah ke sebelah kanan sedangkan pada ε <0 dan μ <0 vektor ̅ ̅̅̅ ̅ merupakan vector yang mengarah ke sebelah kiri. Oleh karena itu dinamakan sebagai bahan Left-Handed atau Metamaterial.
Pada dasarnya arah vektor
[ ⃗ ⃗⃗ ], menentukan aliran energi gelombang, dengan vektor ̅ ̅ selalu mengarah ke sebelah kanan.
Oleh karena itu, untuk muatan right-handed, vektor-vektor S dan k diarahkan ke arah yang sama, sedangkan untuk bahan left-handed diarahkan berlawanan (Gambar 123).
Gambar.123 Arah vektor untuk bahan right-handed dan left-handed
Vektor kecepatan ⃗ akan selalu searah dengan voktor k, sementara arah kecepatan grup dinyatakan
bergantung pada tanda turunan persamaan dispersi
; persamaan tersebut akan bernilai negative ketika
. Ini menunjukan bahwa bahan left-handed adalah bahan dengan kecepatan group nya kurang dari nol. Susah untuk membayangkanya, tapi ha tersebut logis.
160
Anggap vg < 0. Kemudian vektor ̅ ̅̅̅ ̅ didefinisikan sebagi sebuah matriks dengan determinan nya adalah
dengan p = 1 untuk bahan right-handed dan p =-1 untuk bahan left-handed 15.3. Efek Doppler Inverse
Efek doppler adcalah perubahan frekuensi gelombang elektromagnetik atau akustik pada kecepatan sumber yang relatif bergerak terhadap penerima. Hal ini dijelaskan oleh hubungan umum yang berlaku baik untuk bahan right-handed maupun bahan left-handed.
Hubungan tersebut bergantung pada tanda koefisien p.
Untuk bahan right-handed, p = 1 dan θ = 0, sehingga menjadi , frekuensi meningkat saat mendekati sumber dan menurun saan menjauhi sumber, hal itu disebut sebagai
Blue Shift.
Untuk bahan left-handed, p = -1 dan θ = 0; sehingga , ini disebut Red
Shift yang merupakan kebalikan dari Blue Shift.
Gambar.124 Skema dari Efek Dopler pada bahan right-handed dan left-handed Efek Invers Cherenkov
Efek Cherenkov adalah iradiasi gelombang elektromagnetik dengan partikel bergerak pada suatu bidang dengan kecepatan yang melebihi kecepatan cahaya, . C. Partikel tersebut menurunkan energy yang berlebih dan menjaga kecepatan normal .
Pada bidang right-handed, vektor kecepatan v dan fluks energi S diarahkan pada sisi / bidang yang sama dengan sudut lancip θ , hal tersebut bergantung pada kecepatan (Gambar.125). Vektor gelombang memiliki komponen = k cos θ, √ dan karena sudut antara kz dan S lancip, maka arah vektor diarahkan ke searah dengan kz. Oleh Sehingga, sudut iradiasi mengarah ke depan.
161
Gambar.125 Skema Iradiasi Cherehkov untuk bahan right-handed dan left-handed Untuk bahan left-handed, vektor k dan S berlawanan arah, sehingga sudut θ antara kz dan S tumpul, dan sehingga iradiasi terbalik.
Secara umum, kasus bahan right-handed dan left-handed, sudut radiasinya dinyatakan sebagai
Hukum Invers Snellius atau Indeks Bias Negative
Kondisi batas di bawah peralihan sinar dari satu media ke media lainnya harus dipatuhi terlepas dari hak mereka atas media kanan dan kiri:
Berdasarkan (87), komponen tangensial x, y pada vector E dan vector H menghasilakan araha pada bidang bahan right-handed dan left-handed. Ketika komponen-z beganti tanda pada bahan left-handed. Ini berarti bahwa dalam transisi pad suatu medium dengan medium yang lain, vektor E dan H tidak hanya mengubah nilainya sesuai dengan ε dan μ tetapi juga membiaskannya terhadap batas antara medium tersebut. Hal yang sama pada vector k, refleksi simultan dari ketiga vector tersebut berkaitan dengan perubahan tanda pada nilai detG = p. Lintasan sianr ditunjukkan pada gambar. 126. Semua sinar simetris terhadap garis normal.
Gambar. 126 Skema pembiasan pada perpindahan sinar dari medium right handed ke left handed. 1- Sinar dating, 2- sinar pantul, 4- sianr bias (Medium right) 3- sianr bias (medium left) Berdasarkan hokum Snell, diperoleh:
Di sini, untuk menghitung amplitudo sinar yang dibiaskan dan dipantulkan dengan rumus Fresnel, maka nilai ε, μ, n, φ dan ψ harus bernilai positif.
Ternyata, pada transisi berbagai medium yang berbeda, indeks bias mungkin negatif. Khususnya pada keadaan vaccum, indeks bias medium left-handed bernilai negatif.
Sinar yang dipantulkan selalu diarahkan pada sisi yang sama baik untuk medium handed dan left-handed. Tapi untuk sinar yang dipantulkan dalam transisi dari medium right-handed ke left-right-handed, sin ψ kurang dari 0, dan sudut refraksi adalah sudut tumpul (ψ> 90). Ini berarti bahwa pada medium left-handed, sinar tersebut merubah arah bias sumbu datang, seperti yang ditunjukkan pada Gambar.126.
162