[發(fā)明專利]超材料的基于卷繞的人造原子、包括該人造原子的超材料及包括該超材料的裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380025857.2
• 申請日: 2013-03-15
• 公開（公告）號: CN104584321B
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓承勛;J.T-H.李;梁子賢
• 申請（專利權(quán)）人: 三星電子株式會(huì)社;香港城市大學(xué)
• 主分類號: H01P3/00
• 分類號: H01P3/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所11105
• 代理人: 王新華,張波

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及卷繞空間的人造原子(artificial atom)、由該人造原子的陣列構(gòu)成的超材料(metamaterial)、以及包括由該人造原子的陣列構(gòu)成的超材料的裝置。

背景技術(shù)

超材料是被設(shè)計(jì)為包括至少一個(gè)人造原子單元的人造材料，該至少一個(gè)人造原子單元被圖案化為小于波長的隨機(jī)尺寸和形狀，其中超材料由人造原子單元的陣列構(gòu)成。包括在超材料中的每個(gè)人造原子單元響應(yīng)于施加到超材料的電磁波或聲波而表現(xiàn)出預(yù)定的特性。

因此，超材料可以被提供為相對于電磁波或聲波具有在自然界不容易觀察到的任何有效折射率和有效材料系數(shù)。從而，超材料引起很多新奇的現(xiàn)象，包括亞波長聚焦(subwavelength focusing)、負(fù)折射(negative refraction)、超強(qiáng)透射(extraordinary transmission)或隱形衣(invisibility cloaking)等。

由超材料引起的現(xiàn)象也發(fā)生在光子(photonic)晶體或聲子(phononic)晶體中。然而，在此情況下，關(guān)于光子晶體或聲子晶體的現(xiàn)象僅發(fā)生在操作頻率高的衍射區(qū)附近。難以期待利用有效材料系數(shù)的應(yīng)用。也就是，人造原子的尺寸受到限制，與波長相比沒有足夠小。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題

提供了一種卷繞(coiling)的人造原子。

提供了包括該人造原子的超材料。

提供了包括該超材料的裝置。

技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)方面，一種卷繞空間(或使空間成螺旋狀)的人造原子包括：第一卷繞單元(first coiling unit)，卷繞第一空間；以及第二卷繞單元，卷繞第二空間并與第一卷繞單元連接。

第一和第二卷繞單元中的至少一個(gè)可以沿著Z字形路徑傳播入射波以發(fā)射。

此外，第一和第二卷繞單元中的至少一個(gè)可以通過串聯(lián)連接多個(gè)通道而形成，入射波通過該多個(gè)通道傳播。

多個(gè)通道中的相鄰的通道的波傳播方向可以是不同的。

此外，多個(gè)通道中的相鄰的通道可以由一個(gè)板分隔。

多個(gè)通道可以在寬度上與波的波長相比是窄的。

第一卷繞單元的通道和第二卷繞單元的通道可以彼此串聯(lián)連接。

入射波可以是聲波、電磁波和彈性波中的至少一種。

此外，第一和第二卷繞單元中的至少一個(gè)可以以二維或三維中的至少一個(gè)卷繞空間。

第一和第二卷繞單元關(guān)于將第一和第二卷繞單元彼此連接的點(diǎn)旋轉(zhuǎn)地對稱。

第一和第二卷繞單元可以是各向異性的。

此外，第一和第二卷繞單元可以是各向同性的。

人造原子還可以包括：第三卷繞單元，卷繞第三空間并與第一和第二卷繞單元連接；以及第四卷繞單元，卷繞第四空間并與第一至第三卷繞單元連接。

第一至第四卷繞單元可以根據(jù)人造原子的中心而彼此互連。

此外，人造原子可以是各向同性的。

人造原子的折射率可以與人造原子中波傳播的長度成比例。

人造原子的折射率可以為4或更大。

關(guān)于特定頻帶的波，人造原子的有效密度和有效體積模量中的至少一個(gè)可以為負(fù)。

此外，關(guān)于特定頻帶的波，人造原子的折射率可以為負(fù)。

人造原子的晶格常數(shù)可以小于波的波長。

第三和第四卷繞單元可以關(guān)于將第三和第四卷繞單元彼此連接的點(diǎn)旋轉(zhuǎn)地對稱。

人造原子還可以包括卷繞第三空間且與第一和第二卷繞單元連接的第三卷繞單元，其中第一至第三卷繞單元關(guān)于人造原子的中心彼此旋轉(zhuǎn)地對稱，并且第一至第三卷繞單元的每個(gè)中的有效波傳播方向可以在二個(gè)維度不存在。

此外，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個(gè)方面，超材料可以通過設(shè)置多個(gè)人造原子而形成，其中多個(gè)人造原子可以以一維、二維和三維中的至少一個(gè)形成。

根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個(gè)方面，一種包括該超材料的裝置可以改變?nèi)肷洳ǖ奶匦浴?/p>

根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個(gè)方面，一種卷繞空間的人造原子可以包括：入射波的入口；用于波排出的出口；以及卷繞單元，在該卷繞單元，空間被卷繞并且波沿著Z字形路徑朝向出口運(yùn)動(dòng)。

另外，卷繞單元可以通過串聯(lián)連接入射波通過其傳播的多個(gè)通道而形成。

此外，多個(gè)通道的傳播方向之和可以與從入口到出口的傳播方向一致。

超材料結(jié)構(gòu)的折射率可以與卷繞單元中波傳播的路徑長度成比例。