Plasmonic Metamaterials from Fractal Structure

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在过去的几十年里,利用结构金属产生特异电磁现象,比如异常透射,已经引起了学术界广泛的兴趣。这样的异常透射(EOT)现象是通过在一块不透明的金属膜上做上孔阵或缝阵。该EOT现象的存在通常依赖于结构金属的表面等离激元或者局域共振,严格来讲由孔阵周期和缝的形状决定。  本文中,我们提出H分形结构的深度亚波长缝,在没有填充高折射率材料至结构缝的情况下可以呈现出μeff~0的抗磁特性。特别地是,这样的~0的磁导率不仅比缝阵的面积分数小很多,超乎传统意义上的几何抗磁关系,而且还具有宽带的特性。我们给出了一个缝阵面积分数为64%的空心金属设计,这一设计产生了近零磁导率的强抗磁特性,并且相对带宽可以达到175%。  当很多个H分形金属缝板级联在一块的时候,他们的共振模式将相互耦合,形成多个通带,这就好比于半导体晶格中微能带miniband的形成。  这样的类比可以进一步拓展去研究耦合电磁腔体系统下的光子 Wannier-Stark阶梯(PWSL),用梯度变化的折射率去模拟电子体系里偏置势场效应。我们用一系列带有 H分形缝的金属板来构建仿真模型。通过对透射谱的计算,我们发现阶梯态对应的透射峰在计算频谱上呈现出了规律间隔的特征。在给定较小的梯度折射率变化情况下,峰值频率(本征能量)成等差级数关系。特别地,在给定较大的梯度折射率变化情况下,峰值频率变成了等比级数的关系。该关系指出了一般意义上的PWSL。  除了H分形缝,我们在微波频段还研究了导电的希尔伯特分形曲线的电磁特性。其共振模式是通过电磁场与分形曲线复杂的相互作用产生的。当电磁波正入射照射在希尔伯特曲线结构上时,磁通量激发了基模共振。最后,我们根据不同阶数的样品及相应产生的局域共振总结了亚波长特点。
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