วัสดุไบไอโซโทรปิก

ในสาขาฟิสิกส์วิศวกรรมและวิทยาศาสตร์ วัสดุ วัสดุ ไบไอโซโทรปิกคือตัวกลางไอโซโทรปิก ที่ ความหนาแน่นของฟลักซ์ ไฟฟ้าและแม่เหล็กมีการเชื่อมโยงเชิงเส้นกับทั้งสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กผ่านความสัมพันธ์เชิงโครงสร้าง แบบสเกลาร์ รวมถึงพจน์การเชื่อมโยงแม่เหล็กไฟฟ้า กลุ่มย่อยที่สำคัญของวัสดุดังกล่าว ซึ่งรู้จักกันในชื่อตัวกลางปาสเตอร์ มีคุณสมบัติทางแสง กล่าวคือ สามารถหมุนโพลาไรเซชันของแสงได้ทั้งในการหักเหหรือการส่งผ่านอย่างไรก็ตาม นี่ไม่ได้หมายความว่าวัสดุทั้งหมดที่มีผลกระทบจากการบิดตัวจะอยู่ในกลุ่มไบไอโซโทรปิก ผลกระทบจากการบิดตัวของวัสดุไบไอโซโทรปิกเกิดจากไครัลลิตี้และ/หรือ ความไม่ สมมาตรของโครงสร้างของตัวกลาง ซึ่งสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (หรือแสง) มีปฏิสัมพันธ์กันในลักษณะที่ผิดปกติ
อนาล็อก อะคูสติกของไบแอนไอโซโทรปีเรียกว่าการเชื่อมต่อวิลลิส[ 2 ]
คำนิยาม
สำหรับวัสดุส่วนใหญ่สนามไฟฟ้าและสนามการกระจัดทางไฟฟ้า(รวมถึงสนามแม่เหล็ก ด้วย)และสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก( Δ ...ช่องที่ไม่สอดคล้องกับทุ่งนา ในขณะที่และสนามต่างๆ ยังคงมีความสัมพันธ์กันด้วยค่าคงที่ วัสดุที่สนามคู่ใดคู่หนึ่งไม่ขนานกันเรียกว่าวัสดุแอนไอโซโทรปิก
ในตัวกลางแบบไบไอโซโทรปิก สนาม ไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กจะเชื่อมโยงกันความสัมพันธ์เชิงโครงสร้างคือ
,,,,และสอดคล้องกับคุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้าทั่วไป และคือค่าคงที่การเชื่อมต่อ ซึ่งเป็นค่าคงที่เฉพาะตัวของแต่ละตัวกลาง
สามารถสรุปเป็นกรณีทั่วไปได้ว่า,,และเป็นเทนเซอร์ (กล่าวคือขึ้นอยู่กับทิศทางภายในวัสดุ) ในกรณีนี้สื่อจะถูกเรียกว่าไบแอนไอโซโทรปิก[ 3 ]
ค่าคงที่การเชื่อมต่อ
ξและζสามารถเชื่อมโยงเพิ่มเติมกับ พารามิเตอร์ Tellegen (เรียกว่าความสัมพันธ์แบบผกผัน) χและพารามิเตอร์ไครัลลิตี้κ ได้
หลังจากแทนสมการข้างต้นลงในความสัมพันธ์เชิงโครงสร้างแล้ว จะได้
การพึ่งพาความถี่ของพารามิเตอร์ไครัลลิตี้สามารถอธิบายได้ด้วยแบบจำลองคอนดอน[ 4 ]
การจำแนกประเภท
| ไม่มีไครัล | ไครัล | |
|---|---|---|
| ต่างตอบแทน | ตัวกลางไอโซโทรปิกอย่างง่าย | อาหารเลี้ยงเชื้อปาสเตอร์ |
| ไม่เป็นไปในลักษณะต่างตอบแทน | เทลเลเกนมีเดียม | ตัวกลางไบไอโซโทรปิกทั่วไป |
ตัวอย่าง
สื่อ Pasteurสามารถทำได้โดยการผสมเกลียว โลหะที่ มีทิศทางเดียวลงในเรซิน ต้องระมัดระวังเพื่อให้แน่ใจว่ามีความสมมาตร: เกลียวจะต้องวางตัวแบบสุ่มเพื่อไม่ให้มีทิศทางพิเศษ[ 5 ] [ 4 ]
ปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้าสามารถเข้าใจได้จากโครงสร้างเกลียวที่สัมผัสกับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า รูปทรงเกลียวสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นตัวเหนี่ยวนำสำหรับโครงสร้างดังกล่าว ส่วนประกอบแม่เหล็กของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในเส้นลวดและส่งผลต่อส่วนประกอบไฟฟ้าของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเดียวกันนั้นต่อไป
จากความสัมพันธ์เชิงโครงสร้าง สำหรับสื่อของปาสเตอร์χ = 0
ดังนั้น สนาม Dจึงเกิดความล่าช้าด้วยเฟสiเนื่องจากการตอบสนองจากสนามH
สื่อเทลเลเกน (Tellegen media)เป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามกับสื่อปาสเตอร์ (Pasteur media) ซึ่งเป็นสื่อแม่เหล็กไฟฟ้า กล่าวคือ ส่วนประกอบทางไฟฟ้าจะทำให้ส่วนประกอบทางแม่เหล็กเปลี่ยนแปลง สื่อประเภทนี้ไม่ได้ตรงไปตรงมาเหมือนกับแนวคิดเรื่องทิศทางของสนามแม่เหล็ก ไดโพลไฟฟ้าที่ยึดติดกับแม่เหล็กจัดอยู่ในสื่อประเภทนี้ เมื่อไดโพลเรียงตัวตามส่วนประกอบของสนามไฟฟ้าของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า แม่เหล็กก็จะตอบสนองด้วยเช่นกัน เนื่องจากพวกมันยึดติดกัน การเปลี่ยนแปลงทิศทางของแม่เหล็กจึงจะทำให้ส่วนประกอบทางแม่เหล็กของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงไปด้วย และเป็นเช่นนี้เรื่อยไป
จากความสัมพันธ์เชิงโครงสร้าง สำหรับสื่อ Tellegen จะได้ว่าκ = 0
นี่หมายความว่า สนาม BตอบสนองในเฟสเดียวกันกับสนามH
ดูเพิ่มเติม
- ↑จาซี, ชาดี ซาฟาอี; ฟาเนียเยอ, อิฮาร์; ซิเคเลโร, ราฟาเอล; ซารูชิส, ดิมิทริโอส ซี.; อัสการี, โมฮัมหมัด มาห์ดี; มิทรีเยฟ, อเล็กซานเดอร์; ฟาน, ชานฮุย ; อาซัดชี, วิคตาร์ (2024) "วัสดุ metamaterial Tellegen แบบออพติคอลที่มีการดึงดูดแม่เหล็กโดยธรรมชาติ " การ สื่อสารธรรมชาติ 15 : 1293. ดอย : 10.1038/s41467-024-45225-y . PMC 10861567 .
- ↑ Sieck, Caleb F.; Alù, Andrea; Haberman, Michael R. (2017). "ต้นกำเนิดของการเชื่อมโยง Willis และ bianisotropy ทางเสียงในวัสดุเมตาอะคูสติกผ่านการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันที่ขับเคลื่อนด้วยแหล่งกำเนิด" Physical Review B . 96 104303. doi : 10.1103/PhysRevB.96.104303 .
- ↑ Mackay, Tom G.; Lakhtakia, Akhlesh (2010). Electromagnetic Anisotropy and Bianisotropy: A Field Guide . Singapore: World Scientific. เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 2010-10-13 . สืบค้นเมื่อ2010-07-11 .
- 1 2 ลินเดลล์, IV ; ซิห์โวลา, AH; เทรทยาคอฟ, SA ; ไวทาเนน, เอเจ (1994) คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในตัวกลางไครัลและไบไอโซโทรปิก . อาร์เทค เฮาส์. ไอเอสบีเอ็น 978-0-89006-684-3.
- ↑ Lakhtakia, Akhlesh (1994). Beltrami Fields in Chiral Media . สิงคโปร์: World Scientific. เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 2010-01-03 . สืบค้นเมื่อ2010-07-11 .