The theory of space-time varying metamaterials (Ref. 4659)
时空变化超材料理论 (参考文献 4659)
基本信息
- 批准号:2859646
- 负责人:
- 金额:--
- 依托单位:
- 依托单位国家:英国
- 项目类别:Studentship
- 财政年份:2023
- 资助国家:英国
- 起止时间:2023 至 无数据
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
When we first learn about wave propagation we are taught about the refractive index, n. This is first simply a number; about 1.5 for glass, and a large complex number for metals. Next we learn the refractive index can depend on position. The spatial dependence of the refractive index leads to reflection, where the wave vector changes sign, one of the most everyday of wave phenomena. Metamaterial research is commonly concerned with designing sub-wavelength scale structures with an effective refractive index that can be varied across space in a controlled way.But what about a refractive index that varies in time? An example could be where n is the same throughout space, but at some moment in time its value changes. Again there is reflection, but unlike reflection from a spatial interface, the reflected wave occurs after it encounters the temporal 'interface', as required by causality [1]. In this case the frequency changes sign rather than the wave vector. Varying the refractive index in time we thus alter the frequency (e.g. colour, in the case of visible light) of the wave. If we change the refractive index in both space and time we then have the ability to change the wave in a way that would be otherwise impossible, modifying both its frequency and direction of propagation. Space-time varying material parameters have been shown to lead to extreme wave amplification without requiring gain [2], and laboratory analogues of astrophysical phenomena such as Hawking radiation [3].However, until recently it has been challenging to make materials where the parameters vary in time. Recent experiment in optics [4] and acoustics [5] have made time varying material parameters a reality. Yet these materials typically have a complicated effect on an incident wave, that is a far cry from the simplified picture described above. Not only is the refractive index not changed instantaneously, but it also depends on frequency. At present there is no agreed theoretical approach to the calculation of fields within these materials. This project will develop the theory of space time varying metamaterials, building on the theoretical approach derived in [6] where the material parameters are replaced with operators.In this project we will:(1) Investigate the physics of space time varying metamaterials, considering a variety of experimental platforms, from acoustics, to optics, and radio frequency materials.(2) Further develop the theory in [6], treating non-planar materials, non-electromagnetic waves, and more exotic material parameters, e.g. anisotropy or bianisotropy. Attempt to develop analytical solutions to these operator equations that have so far been treated only numerically.(3) Apply the theory to understand how the effects reported in e.g. [1,2] change when moving from theoretical idealizations to more realistic experimental platforms.(4) Use the theory to explore new and unforeseen wave phenomena in space-time varying metamaterials.References:[1] E. Galiffi, R. Tirole, S. Yin, H. Li, S. Vezzoli, P. A. Huidobro, M. G. Silveirinha, R. Sapienza, A. Alu, and J. B. Pendry "Photonics of Time-Varying Media" Adv. Phot. 4, 014002 (2022).[2] J. B. Pendry, E. Galiffi, and P. A. Huidobro, "Gain mechanism in time-dependent media", Optica 8, 636-637 (2021).[3] R. Anguero-Santacruz and D. Bermudez, "Hawking radiation in optics and beyond", Phil. Trans. Roy. Soc. A 378, https://doi.org/10.1098/rsta.2019.0223 (2020).[4] J. Bohn, T. S. Luk, C. Tollerton, S. W. Hutchings, I. Brener, S. A. R. Horsley, W. L. Barnes, and E. Hendry, "All-optical switching of an epsilon-near-zero plasmon resonance in indium tin oxide", Nat Commun. 15 1017 (2021).[5] C. Cho, X. Wen, N. Park, et al. "Digitally virtualized atoms for acoustic metamaterials" Nat. Commun. 11, 251 (2020).[6] S. A. R. Horsley, E. Galiffi, and Y. T. Wang, "Eigenpulses of dispersive time-varying media" arXiv:2208.11778 (2022).
当我们第一次学习波的传播时,我们学到了折射率n,这首先是一个简单的数字;玻璃为1.5左右,金属为大的复数。接下来我们学习折射率可以依赖于位置。折射率的空间依赖性导致反射,其中波矢量改变符号,这是最常见的波现象之一。超材料研究通常关注的是设计具有有效折射率的亚波长尺度结构,该结构可以在可控的方式下跨空间变化。但是随时间变化的折射率呢?例如,n在整个空间中是相同的,但在某个时刻它的值发生了变化。同样也有反射,但与空间界面的反射不同,反射波是在遇到时间“界面”后发生的,这是因果关系[1]所要求的。在这种情况下,频率改变的是符号而不是波矢量。随时间改变折射率,我们就改变了波的频率(如可见光的颜色)。如果我们同时改变空间和时间上的折射率,那么我们就有能力以一种不可能的方式改变波,改变它的频率和传播方向。时空变化的物质参数已被证明可以在不需要增益b[2]的情况下导致极端的波放大,以及实验室类似的天体物理现象,如霍金辐射[3]。然而,直到最近,制造参数随时间变化的材料一直具有挑战性。最近在光学[4]和声学[5]上的实验使时变材料参数成为现实。然而,这些材料通常对入射波有复杂的影响,这与上面描述的简化图像相去甚远。折射率不仅不会瞬间改变,而且还取决于频率。目前还没有统一的理论方法来计算这些材料内部的场。本项目将发展时空变化的超材料理论,建立在[6]中导出的理论方法的基础上,其中材料参数被算子取代。在这个项目中,我们将:(1)研究时空变化的超材料的物理学,考虑到各种实验平台,从声学、光学到射频材料。(2)进一步发展[6]理论,处理非平面材料、非电磁波和更多的奇异材料参数,如各向异性或双各向异性。尝试开发这些算子方程的解析解,这些方程到目前为止只被数值处理过。(3)应用该理论来理解例[1,2]中报道的效应在从理论理想化到更现实的实验平台时是如何变化的。(4)利用该理论探索时空变化的超材料中新的不可预见的波动现象。参考文献:[1]E. Galiffi, R. Tirole, S. Yin, H. Li, S. Vezzoli, P. A. Huidobro, M. G. Silveirinha, R. Sapienza, A. Alu, J. B. Pendry,“时变介质的光子学”,光子学报,40 (4):2023 - 2023李建军,李建军,李建军,“时间依赖介质的增益机制”,光学学报,36 (6):636-637 (2013). bbb10R. angero - santacruz和D. Bermudez,“光学中的霍金辐射”,Phil。反式。罗伊。Soc。A 378, https://doi.org/10.1098/rsta.2019.0223 (2020).[4]J. Bohn, T. S. Luk, C. Tollerton, S. W. Hutchings, I. Brener, S. A. R. Horsley, W. L. Barnes, E. Hendry,“氧化铟锡中epsilon-近零等离子体共振的全光开关”,物理学报,15 (10)(2021). b[5]赵志强,文新,朴宁,等。“声学超材料的数字虚拟原子”,声学学报,11,251 (2020). b[6]王玉涛,王玉涛,王玉涛,“色散时变介质的本征脉冲”,物理学报,39(4):1177 - 1177(2022)。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ patent.updateTime }}
其他文献
吉治仁志 他: "トランスジェニックマウスによるTIMP-1の線維化促進機序"最新医学. 55. 1781-1787 (2000)
Hitoshi Yoshiji 等:“转基因小鼠中 TIMP-1 的促纤维化机制”现代医学 55. 1781-1787 (2000)。
- DOI:
- 发表时间:
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
- 通讯作者:
LiDAR Implementations for Autonomous Vehicle Applications
- DOI:
- 发表时间:
2021 - 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
- 通讯作者:
吉治仁志 他: "イラスト医学&サイエンスシリーズ血管の分子医学"羊土社(渋谷正史編). 125 (2000)
Hitoshi Yoshiji 等人:“血管医学与科学系列分子医学图解”Yodosha(涉谷正志编辑)125(2000)。
- DOI:
- 发表时间:
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
- 通讯作者:
Effect of manidipine hydrochloride,a calcium antagonist,on isoproterenol-induced left ventricular hypertrophy: "Yoshiyama,M.,Takeuchi,K.,Kim,S.,Hanatani,A.,Omura,T.,Toda,I.,Akioka,K.,Teragaki,M.,Iwao,H.and Yoshikawa,J." Jpn Circ J. 62(1). 47-52 (1998)
钙拮抗剂盐酸马尼地平对异丙肾上腺素引起的左心室肥厚的影响:“Yoshiyama,M.,Takeuchi,K.,Kim,S.,Hanatani,A.,Omura,T.,Toda,I.,Akioka,
- DOI:
- 发表时间:
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
- 通讯作者:
的其他文献
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
{{ truncateString('', 18)}}的其他基金
An implantable biosensor microsystem for real-time measurement of circulating biomarkers
用于实时测量循环生物标志物的植入式生物传感器微系统
- 批准号:
2901954 - 财政年份:2028
- 资助金额:
-- - 项目类别:
Studentship
Exploiting the polysaccharide breakdown capacity of the human gut microbiome to develop environmentally sustainable dishwashing solutions
利用人类肠道微生物群的多糖分解能力来开发环境可持续的洗碗解决方案
- 批准号:
2896097 - 财政年份:2027
- 资助金额:
-- - 项目类别:
Studentship
A Robot that Swims Through Granular Materials
可以在颗粒材料中游动的机器人
- 批准号:
2780268 - 财政年份:2027
- 资助金额:
-- - 项目类别:
Studentship
Likelihood and impact of severe space weather events on the resilience of nuclear power and safeguards monitoring.
严重空间天气事件对核电和保障监督的恢复力的可能性和影响。
- 批准号:
2908918 - 财政年份:2027
- 资助金额:
-- - 项目类别:
Studentship
Proton, alpha and gamma irradiation assisted stress corrosion cracking: understanding the fuel-stainless steel interface
质子、α 和 γ 辐照辅助应力腐蚀开裂:了解燃料-不锈钢界面
- 批准号:
2908693 - 财政年份:2027
- 资助金额:
-- - 项目类别:
Studentship
Field Assisted Sintering of Nuclear Fuel Simulants
核燃料模拟物的现场辅助烧结
- 批准号:
2908917 - 财政年份:2027
- 资助金额:
-- - 项目类别:
Studentship
Assessment of new fatigue capable titanium alloys for aerospace applications
评估用于航空航天应用的新型抗疲劳钛合金
- 批准号:
2879438 - 财政年份:2027
- 资助金额:
-- - 项目类别:
Studentship
Developing a 3D printed skin model using a Dextran - Collagen hydrogel to analyse the cellular and epigenetic effects of interleukin-17 inhibitors in
使用右旋糖酐-胶原蛋白水凝胶开发 3D 打印皮肤模型,以分析白细胞介素 17 抑制剂的细胞和表观遗传效应
- 批准号:
2890513 - 财政年份:2027
- 资助金额:
-- - 项目类别:
Studentship
Understanding the interplay between the gut microbiome, behavior and urbanisation in wild birds
了解野生鸟类肠道微生物组、行为和城市化之间的相互作用
- 批准号:
2876993 - 财政年份:2027
- 资助金额:
-- - 项目类别:
Studentship
相似国自然基金
基于非对称k-space算子分解的时空域声波和弹性波隐式有限差分新方法研究
- 批准号:
- 批准年份:2024
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
联合QISS和SPACE一站式全身NCE-MRA对原发性系统性血管炎的诊断价值的研究
- 批准号:n/a
- 批准年份:2022
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
三维流形的L-space猜想和左可序性
- 批准号:
- 批准年份:2022
- 资助金额:30 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
高维space-filling问题及其相关问题
- 批准号:
- 批准年份:2021
- 资助金额:30 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
难治性焦虑障碍儿童青少年父母基于SPACE 应对技能训练团体干预疗效
- 批准号:20Y11906700
- 批准年份:2020
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
Rigged Hilbert Space与Bethe-Salpeter方程框架下强子共振态的理论研究
- 批准号:11975075
- 批准年份:2019
- 资助金额:60.0 万元
- 项目类别:面上项目
Space-surface Multi-GNSS机会信号感知植生参数建模与融合方法研究
- 批准号:41974039
- 批准年份:2019
- 资助金额:63.0 万元
- 项目类别:面上项目
基于压缩感知的核磁共振成像问题驱动的应用数学研究
- 批准号:11571325
- 批准年份:2015
- 资助金额:55.0 万元
- 项目类别:面上项目
三维空间中距离知觉的可塑性
- 批准号:31100739
- 批准年份:2011
- 资助金额:24.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
Teichmüller理论与动力系统
- 批准号:11026124
- 批准年份:2010
- 资助金额:3.0 万元
- 项目类别:数学天元基金项目
相似海外基金
Learn Systems Biology Equations From Snapshot Single Cell Genomic Data
从快照单细胞基因组数据学习系统生物学方程
- 批准号:
10736507 - 财政年份:2023
- 资助金额:
-- - 项目类别:
Influences of Environmental Geometry and Aging on Cognitive Mapping Mechanisms
环境几何和衰老对认知映射机制的影响
- 批准号:
10441684 - 财政年份:2022
- 资助金额:
-- - 项目类别:
Influences of Environmental Geometry and Aging on Cognitive Mapping Mechanisms
环境几何和衰老对认知映射机制的影响
- 批准号:
10617798 - 财政年份:2022
- 资助金额:
-- - 项目类别:
Theory of circuit quantum gravity using superconducting quantum circuits and its application to quantum space-time communication
基于超导量子电路的电路量子引力理论及其在量子时空通信中的应用
- 批准号:
21J22333 - 财政年份:2021
- 资助金额:
-- - 项目类别:
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Research on aesthetics, theory of time and space in Brentano School, aimed at contribution to the phenomenology
布伦塔诺学派的美学、时空理论研究,旨在为现象学做出贡献
- 批准号:
21K00017 - 财政年份:2021
- 资助金额:
-- - 项目类别:
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Neighborhoods, Networks, and the HIV Care Continuum among HIV-infected MSM in NYC
纽约市感染 HIV 的 MSM 的社区、网络和 HIV 护理连续体
- 批准号:
10334491 - 财政年份:2019
- 资助金额:
-- - 项目类别:
Neighborhoods, Networks, and the HIV Care Continuum among HIV-infected MSM in NYC
纽约市感染 HIV 的 MSM 的社区、网络和 HIV 护理连续体
- 批准号:
9920215 - 财政年份:2019
- 资助金额:
-- - 项目类别:
Expanding recovery support for emerging adults with alcohol use disorder: Training in the science of social network sites
扩大对患有酒精使用障碍的新兴成年人的康复支持:社交网站科学培训
- 批准号:
10158378 - 财政年份:2018
- 资助金额:
-- - 项目类别: