基于铁氧体铁磁共振的超材料设计与电磁特性研究
批准号:
51402163
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
毕科
依托单位:
学科分类:
无机非金属半导体与信息功能材料
结题年份:
2017
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
郭云胜、傅晓建、吴红亚、刘晓明、兰楚文、李幸运、罗天环
中文摘要
以“左手材料”和“超隐身系统”为代表的超材料由于具有奇特的电磁传输特性而成为当今物理和材料领域的研究热点。目前,研究者大多采用人工金属结构类超材料来实现左手特性或负折射性能。此类超材料的发展已经受到加工难、损耗高以及可调性差等因素的严重影响。本项目拟研究一种基于铁氧体铁磁共振的超材料及其超常电磁特性。通过铁氧体的铁磁共振实现本征负磁导率进而制备出具有超常电磁特性的本征型超材料,突破超材料发展的若干瓶颈问题;探讨饱和磁化强度、磁晶各向异性场以及形状退磁场等磁性能参数对超材料电磁性能的影响规律,建立各参数与可调电磁特性的关系,进而通过对铁氧体基超材料的结构优化设计,实现高频、宽频或多频性能;研究实现本征型铁氧体基超材料的物理机制与方法,制备出无需外场的永磁铁氧体基超材料;利用铁氧体磁化强度在其居里温度附近显著变化这一特点,设计出温控负折射超材料,为电磁超材料器件的设计开辟新的方向。
英文摘要
Metamaterials, especially left-handed materials and cloaking system, have attracted great attentions in the fields of physics and materials due to their exotic electromagnetic properties. Most metamaterials designs have so far been based on metallic structures, such as split rings. Those metamaterials are faced with the increasingly difficulties in processing, losses and tunability. In this project, we focus on the design and extraordinary electromagnetic behaviors of metamaterials based on ferromagnetic resonance. The negative permeability of the ferrite can be obtained when the ferromagnetic resonance takes place. By using the intrinsic properties of ferrites, the metamaterials with extraordinary electromagnetic behaviors can be obtained, which could overcome the above-mentioned difficulties. The effect of magnetic parameters such as saturation magnetization, magnetocrystalline anisotropy field and demagnetization field on the electromagnetic properties of metamaterials will be studied. Through the structure optimization design of metamaterials, the extraordinary electromagnetic properties with high frequency, broadband or multi-band will be realized. The physical mechanisms and preparation methods for ferrite-based metamaterials will be explored, and the permanent magnetic ferrite-based metamaterial which can exhibit negative refraction without applied magnetic field will also be prepared. The ferrite-based metamaterials with thermo-tunable negative refractive index can be obtained because the magnetic properties of the ferrite show a transition from ferrimagnetic to paramagnetic near the Curie temperature. This project offers new directions for the design of electromagnetic metamaterial devices.
电磁超材料由于具有奇特的电磁传输特性而成为当今物理和材料领域的研究热点。目前,研究者大多采用人工金属结构类超材料来实现左手特性或负折射性能。此类超材料的发展已经受到加工难、损耗高以及可调性差等因素的严重影响。. 本项目设计出了多种基于铁氧体铁磁共振的超材料及超材料微波器件,并研究了其超常电磁特性。理论研究方面,我们通过铁氧体的铁磁共振实现本征负磁导率;探讨了饱和磁化强度、磁晶各向异性场以及形状退磁场等磁性能参数对超材料电磁性能的影响规律,建立了各参数与可调电磁特性的关系。在超材料设计方面,我们利用铁氧体铁磁共振与介电颗粒米氏谐振的耦合作用设计出了多种磁场调节介电常数的介质超材料,介电常数可增大400%。在超材料器件设计方面,我们利用铁氧体超材料结构设计出了磁可调宽带微波带阻和带通滤波器,结果显示:带阻滤波器的-3dB带宽为500MHz、峰值吸收-47dB、插入损耗-1dB,带通滤波器的-3dB带宽为700MHz、带外抑制-30dB、插入损耗-2.2dB;利用铁氧体和金属板复合结构设计出了磁可调宽带带通滤波器,结果显示:随着磁场从3000Oe增大到3400Oe,该滤波器的中心频率从9.8GHz调节至11.2GHz,-10dB带宽从0.8GHz增大至1.3GHz。. 本项目从铁磁共振理论出发,设计出了多种具有可调特性的超材料,解决了传统超材料可调性差的问题。此外,本项目还制备出了多种结构简单、损耗低的超材料微波器件,不仅推动了超材料的实际应用,而且为微波器件的设计提供了更多的可能。
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Magnetically tunable wideband microwave filter using ferrite-based metamaterials
使用铁氧体基超材料的磁性可调谐宽带微波滤波器
DOI:
10.1063/1.4918992
发表时间:
2015
期刊:
Applied Physics Letters
影响因子:
4
作者:
[Bi Ke, Zhu Wenting, Lei Ming, Zhou Ji]
通讯作者:
Zhou Ji
Wideband metasurface filter based on complementary split-ring resonators
基于互补开环谐振器的宽带超表面滤波器
DOI:
10.1142/s0217984917502220
发表时间:
2017-08
期刊:
Modern Physics Letters B
影响因子:
1.9
作者:
[Tong Zhang, Jiameng Zhang, Jianchun Xu, Qingmin Wang, Ruochen Zhao, Hao Liu, Guoyan Dong, Yanan Hao, Ke Bi]
通讯作者:
Ke Bi
Significantly enhanced energy storage performance promoted by ultimate sized ferroelectric BaTiO3 fillers in nanocomposite films
纳米复合薄膜中最终尺寸的铁电 BaTiO3 填料显着增强了储能性能
DOI:
10.1016/j.nanoen.2016.11.008
发表时间:
2017-01-01
期刊:
NANO ENERGY
影响因子:
17.6
作者:
[Hao, Yanan, Wang, Xiaohui, Li, Longtu]
通讯作者:
Li, Longtu
Thermally tunable slot- coupled dielectric resonator antenna
热可调缝隙耦合介质谐振器天线
DOI:
10.1063/1.4976825
发表时间:
2017
期刊:
Aip Advances
影响因子:
1.6
作者:
[Bi Ke, Chen Cong, Wang Qingmin, Liu Wenjun, Hao Yanan, Gao Xinlu, Huang Shanguo, Lei Ming]
通讯作者:
Lei Ming
Flexible all-dielectric metamaterials in terahertz range based on ceramic microsphere/PDMS composite
基于陶瓷微球/PDMS复合材料的太赫兹范围柔性全介电超材料
DOI:
10.1364/oe.25.029155
发表时间:
2017-11-13
期刊:
OPTICS EXPRESS
影响因子:
3.8
作者:
[Lan, Chuwen, Bi, Ke, Qu, Zhaowei]
通讯作者:
Qu, Zhaowei
共 25 条
高性能PZT基压电陶瓷多参数共高机理及水声探测器件研究
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批准号:U2241243
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项目类别:联合基金项目
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资助金额:259.00万元
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批准年份:2022
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负责人:毕科
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依托单位:
二维全介质超材料设计与涡旋波应用研究
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批准号:51972033
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2019
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负责人:毕科
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依托单位:
基于稀土掺杂纳米晶铁氧体的可调超表面器件研究
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批准号:61774020
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项目类别:面上项目
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资助金额:67.0万元
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批准年份:2017
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负责人:毕科
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依托单位:
国内基金
海外基金