Coherent effects and electrodynamics of 1D-metamaterials

• Autorzy: Tarapov S. I. , Belozorov D. P

Warianty tytułu

PL

Efekty koherencyjne i elektrodynamika metamateriałów 1-D (jednodymiarowych)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The appearance in the last decade a new class of materials – metamaterials and features of the propagation of electromagnetic waves in them puts the question of a possible analogy of the processes occurring in the quantum and electrodynamic systems. Despite the apparent difference of wave propagation in electrodynamic systems and the wave function at the quantum level, as it turns out, there are a number of special features that unify these processes. These features are primarily connected with the coherence, which plays a crucial role in both cases. A number of similar features take place: the system of permitted and prohibited levels for wave propagation (energy bands in a solids and allowed and forbidden bands in a periodic photonic crystal), appearance of Tamm states at the photonic crystal border and Tamm states on the boundary of a periodic crystal lattice in the quantum case, and some others. In this report we try to explain the existing similarity between coherent phenomena in quantum mechanics and electrodynamics discarding for a moment a significant difference in the physical processes taking place. Note that almost complete coincidence between some aspects of quantum mechanics (QM) and electrodynamic (ED) processes gives a lot of possibilities to simulate important features of the quantum processes with the help of simple experimental electrodynamic models (photonic crystals, surface states, backward waves etc.). Keeping in mind the principal difference between two theories we consider here several examples of important coherent phenomena in electrodynamics of metamaterials with periodic structure (photonic crystals), namely a defect mode and Tamm states, accentuating their similarity with QM description of particles motion in periodic field of the crystal lattice.

PL

Nowa klasa materiałów – metametariały – które pojawiły się w ostatniej dekadzie oraz właściwości propagacyjne fal elektromagnetycznych w tych materiałach skłaniają do szukania prawdopodobnych analogii między procesami zachodzącymi w systemach kwantowych i elektrodynamicznych. Mimo różnic między propagacją fal w systemach elektrodynamicznych, a funkcją falową na poziomie kwantowym, okazuje się, że istnieje szereg cech, które unifikują te procesy. Cechy te są związane z koherencją, która ma kluczowe znaczenie dla obydwóch systemów. Występuje kilka podobnych cech: system zezwala i zabrania istnienia poziomów dla propagacji fal (są to pasma energetyczne w ciałach stałych oraz dozwolone i zabronione pasma w okresowych kryształach fotonicznych), występowanie stanów Tamma na granicach okresowej sieci krystalicznej w stanie kwantowym, oraz kilka innych cech. W artykule próbujemy wyjaśnić istniejące podobieństwo między zjawiskami koherencji w mechanice kwantowej a elektrodynamiką odrzucając na chwilę znaczne różnice w zachodzących procesach fizycznych. Należy zauważyć, że prawie zupełna zgodność kilku aspektów procesów mechaniki kwantowej i elektrodynamiki daje wiele możliwości symulowania ważnych właściwości procesów kwantowych za pomocą prostych, doświadczalnych modeli elektrodynamicznych (kryształów fotonicznych, stanów powierzchniowych, fal odbitych etc.). Biorąc pod uwagę podstawowe różnice między dwoma teoriami rozważamy tu szereg przykładów istotnych zjawisk koherencji w elektrodynamice metamateriałów o strukturze okresowej (kryształy fotoniczne), a mianowicie stany zdefektowane i stany Tamma, podkreślając ich podobieństwo z opisem kwantowomechanicznym ruchu cząstek w polu okresowym sieci krystalicznej.

Słowa kluczowe

EN

metamaterials; electrodynamics; quantum mechanics

PL

metamateriały; elektrodynamika; mechanika kwantowa

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 54, nr 6
• Strony: 24--27
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., wykr.

Twórcy

autor

Tarapov S. I.

• Institute of Radiophysics and Electronics NAS of Ukraine; Kharkov, Ukraine

autor

Belozorov D. P

• Institute for Theoretical Physics, NSC “Kharkov Institute of Physic & Technology” NAS of Ukraine, Kharkov, Ukraine

Bibliografia

• [1] Microwaves in Dispersive Magnetic Composite Media (Review Article), S. I. Tarapov and D. P. Belozorov, Low Temperature Physics, 2012, v. 38, N. 7, p. 766-792.
• [2] Lifshitz I. M., S. I. Pekar, “Tamm bounded states of electrons on the crystal surface and surface oscillations of lattice atoms” Phys.-Usp, v. 56, 4, 1955, pp. 531-568 (in Russian).
• [3] Vinogradov A. P., A. V. Dorofeenko, S. G. Erokhin, M. Inoue, A. A. Lisyansky, A. M. Merzlikin, A. B. Granovsky “Surface state peculiarities in one-dimensional photonic crystal interfaces”, Phys. Rev. B. v. 74, 2006, pp. 045128.
• [4] Frequency Control of the Microwave Tamm State, S. I. Tarapov, M. Khodzitsky, S. V. Chernovtsev, D. Belozorov, A. M. Merzlikin, A. V. Dorofeenko, A. P. Vinogradov, M. Innoe, A. B. Granovsky, Physics of the Solid State, 2010, v. 52, N. 10, pp. 1427-1431.
• [5] Negative Permittivity and Left-Handed Behavior of Doped Manganites in Millimeter Waveband, M. K. Khodzitsky, S. I. Tarapov, D. P. Belozorov, A. M. Pogorily, A. I. Tovstolytkin, A. G. Belous, S. A. Solopan, Appl. Phys. Letters, 2010, v. 97, pp. 131912(1-3).
• [6] Magnetically controllable 1D magnetophotonic crystal in millimetre wavelength band, S. V. Chernovtsev, S. I. Tarapov, D. P. Belozorov, Journal of Physics D: Applied Physics, 2007, v. 40, p. 295-299.