กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 3 นาที

วัสดุไบไอโซโทรปิก

ในสาขาฟิสิกส์วิศวกรรมและวิทยาศาสตร์ วัสดุ วัสดุ ไบไอโซโทรปิกคือตัวกลางไอโซโทรปิก ที่ ความหนาแน่นของฟลักซ์...

วัสดุไบไอโซโทรปิก

แผนผัง การออกแบบ เมตาวัสดุ แบบไบไอโซโทรปิกที่เสนอ พร้อมการตอบสนอง Tellegen แบบไม่ผกผัน[ 1 ]

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

สำหรับวัสดุส่วนใหญ่สนามไฟฟ้าอี{\displaystyle E}และสนามการกระจัดทางไฟฟ้าดี{\displaystyle D}(รวมถึงสนามแม่เหล็ก ด้วย)บี{\displaystyle B}และสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำชม{\displaystyle H}สนามแม่เหล็ก( Δ ...ดี{\displaystyle D}ช่องที่ไม่สอดคล้องกับอี{\displaystyle E}ทุ่งนา ในขณะที่บี{\displaystyle B}และชม{\displaystyle H}สนามต่างๆ ยังคงมีความสัมพันธ์กันด้วยค่าคงที่ วัสดุที่สนามคู่ใดคู่หนึ่งไม่ขนานกันเรียกว่าวัสดุแอนไอโซโทรปิก

ในตัวกลางแบบไบไอโซโทรปิก สนาม ไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กจะเชื่อมโยงกันความสัมพันธ์เชิงโครงสร้างคือ

ดี=εอี+ξชม{\displaystyle D=\varepsilon E+\xi H\,}
บี=μชม+ζอี{\displaystyle B=\mu H+\ซีตา E\,}

ดี{\displaystyle D},อี{\displaystyle E},บี{\displaystyle B},ชม{\displaystyle H},ε{\displaystyle \varepsilon }และμ{\displaystyle \mu }สอดคล้องกับคุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้าทั่วไป ξ{\displaystyle \xi }และζ{\displaystyle \zeta }คือค่าคงที่การเชื่อมต่อ ซึ่งเป็นค่าคงที่เฉพาะตัวของแต่ละตัวกลาง

สามารถสรุปเป็นกรณีทั่วไปได้ว่าε{\displaystyle \varepsilon },μ{\displaystyle \mu },ξ{\displaystyle \xi }และζ{\displaystyle \zeta }เป็นเทนเซอร์ (กล่าวคือขึ้นอยู่กับทิศทางภายในวัสดุ) ในกรณีนี้สื่อจะถูกเรียกว่าไบแอนไอโซโทรปิ[ 3 ]

ค่าคงที่การเชื่อมต่อ

ξและζสามารถเชื่อมโยงเพิ่มเติมกับ พารามิเตอร์ Tellegen (เรียกว่าความสัมพันธ์แบบผกผัน) χและพารามิเตอร์ไครัลลิตี้κ ได้

χฉันκ=ξεμ{\displaystyle \chi -i\kappa ={\frac {\xi }{\sqrt {\varepsilon \mu }}}}
χ+ฉันκ=ζεμ{\displaystyle \chi +i\kappa ={\frac {\zeta }{\sqrt {\varepsilon \mu }}}}

หลังจากแทนสมการข้างต้นลงในความสัมพันธ์เชิงโครงสร้างแล้ว จะได้

ดี=εอี+(χฉันκ)εμชม{\displaystyle D=\varepsilon E+(\chi -i\kappa ){\sqrt {\varepsilon \mu }}H}
บี=μชม+(χ+ฉันκ)εμอี{\displaystyle B=\mu H+(\chi +i\kappa ){\sqrt {\varepsilon \mu }}E}

การพึ่งพาความถี่ของพารามิเตอร์ไครัลลิตี้สามารถอธิบายได้ด้วยแบบจำลองคอนดอน[ 4 ]

การจำแนกประเภท

ไม่มีไครัลκ=0{\displaystyle \kappa =0}ไครัลκ0{\displaystyle \kappa \neq 0}
ต่างตอบแทนχ=0{\displaystyle \chi =0}ตัวกลางไอโซโทรปิกอย่างง่ายอาหารเลี้ยงเชื้อปาสเตอร์
ไม่เป็นไปในลักษณะต่างตอบแทนχ0{\displaystyle \chi \neq 0}เทลเลเกนมีเดียมตัวกลางไบไอโซโทรปิกทั่วไป

ตัวอย่าง

สื่อ Pasteurสามารถทำได้โดยการผสมเกลียว โลหะที่ มีทิศทางเดียวลงในเรซิน ต้องระมัดระวังเพื่อให้แน่ใจว่ามีความสมมาตร: เกลียวจะต้องวางตัวแบบสุ่มเพื่อไม่ให้มีทิศทางพิเศษ[ 5 ] [ 4 ]

ปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้าสามารถเข้าใจได้จากโครงสร้างเกลียวที่สัมผัสกับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า รูปทรงเกลียวสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นตัวเหนี่ยวนำสำหรับโครงสร้างดังกล่าว ส่วนประกอบแม่เหล็กของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในเส้นลวดและส่งผลต่อส่วนประกอบไฟฟ้าของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเดียวกันนั้นต่อไป

จากความสัมพันธ์เชิงโครงสร้าง สำหรับสื่อของปาสเตอร์χ = 0

ดี=εอีฉันκεμชม.{\displaystyle D=\varepsilon Ei\kappa {\sqrt {\varepsilon \mu }}H.}

ดังนั้น สนาม Dจึงเกิดความล่าช้าด้วยเฟสiเนื่องจากการตอบสนองจากสนามH

สื่อเทลเลเกน (Tellegen media)เป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามกับสื่อปาสเตอร์ (Pasteur media) ซึ่งเป็นสื่อแม่เหล็กไฟฟ้า กล่าวคือ ส่วนประกอบทางไฟฟ้าจะทำให้ส่วนประกอบทางแม่เหล็กเปลี่ยนแปลง สื่อประเภทนี้ไม่ได้ตรงไปตรงมาเหมือนกับแนวคิดเรื่องทิศทางของสนามแม่เหล็ก ไดโพลไฟฟ้าที่ยึดติดกับแม่เหล็กจัดอยู่ในสื่อประเภทนี้ เมื่อไดโพลเรียงตัวตามส่วนประกอบของสนามไฟฟ้าของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า แม่เหล็กก็จะตอบสนองด้วยเช่นกัน เนื่องจากพวกมันยึดติดกัน การเปลี่ยนแปลงทิศทางของแม่เหล็กจึงจะทำให้ส่วนประกอบทางแม่เหล็กของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงไปด้วย และเป็นเช่นนี้เรื่อยไป

จากความสัมพันธ์เชิงโครงสร้าง สำหรับสื่อ Tellegen จะได้ว่าκ = 0

บี=μชม+χεμอี{\displaystyle B=\mu H+\chi {\sqrt {\varepsilon \mu }}E}

นี่หมายความว่า สนาม BตอบสนองในเฟสเดียวกันกับสนามH

ดูเพิ่มเติม

  1. 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 . 
  2. 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 .
  3. Mackay, Tom G.; Lakhtakia, Akhlesh (2010). Electromagnetic Anisotropy and Bianisotropy: A Field Guide . Singapore: World Scientific. เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 2010-10-13 . สืบค้นเมื่อ2010-07-11 .
  4. 1 2 ลินเดลล์, IV ; ซิห์โวลา, AH; เทรทยาคอฟ, SA ; ไวทาเนน, เอเจ (1994) คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในตัวกลางไครัลและไบไอโซโทรปิก . อาร์เทค เฮาส์. ไอเอสบีเอ็น 978-0-89006-684-3.
  5. Lakhtakia, Akhlesh (1994). Beltrami Fields in Chiral Media . สิงคโปร์: World Scientific. เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 2010-01-03 . สืบค้นเมื่อ2010-07-11 .
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Bi-isotropic_material&oldid=1343188977 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ วัสดุไบไอโซโทรปิก

ในสาขาฟิสิกส์วิศวกรรมและวิทยาศาสตร์ วัสดุ วัสดุ ไบไอโซโทรปิกคือตัวกลางไอโซโทรปิก ที่ ความหนาแน่นของฟลักซ์...

คำนิยาม

สำหรับวัสดุส่วนใหญ่ สนามไฟฟ้า อี {\displaystyle E} และสนาม การกระจัดทางไฟฟ้า ดี {\displaystyle D} (รวมถึง สนามแม่เหล็ก ด้วย) บี {\displaystyle B} และ สนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำ ชม {\displaystyle H} สนาม แม่เหล็ก ( Δ ...

ค่าคงที่การเชื่อมต่อ

ξ และ ζ สามารถเชื่อมโยงเพิ่มเติมกับ พารามิเตอร์ Tellegen (เรียกว่าความสัมพันธ์แบบผกผัน) χ และพารามิเตอร์ ไครัลลิตี้ κ ได้

การจำแนกประเภท

ไม่มีไครัล κ = 0 {\displaystyle \kappa =0} ไครัล κ ≠ 0 {\displaystyle \kappa \neq 0} ต่างตอบแทน χ = 0 {\displaystyle \chi =0} ตัวกลาง ไอโซโทรปิก อย่างง่าย อาหารเลี้ยงเชื้อปาสเตอร์ ไม่เป็นไปในลักษณะต่างตอบแทน χ ≠ 0 {\displaystyle \chi \neq 0} เทลเลเกนมีเดียม...