Vlny v nehomogénnom prostredí - (Inauguracná prednáška)

Podobné dokumenty
Klasické a kvantové vĺny na rozhraniach. Peter Markoš, KF FEI STU April 14, 2008 Typeset by FoilTEX

Pocítacové modelovanie - Šírenie vln v nehomogénnom prostredí - FDTD

Andersonov prechod kov-izolant v neusporiadaných systémoch Peter Markoš Fyzikálny ústav SAV 11. január 2004 Typeset by FoilTEX

Lokalizácia Peter Markoš Fyzikálny ústav SAV Katedra fyziky FEI STU Abstract Pri nízkych teplotách sa elektróny správajú ako kvantové častice. Preto s

Bariéra, rezonančné tunelovanie Peter Markoš, KF FEI STU February 25, 2008 Typeset by FoilTEX

L avoruké materiály Peter Markoš, FÚ SAV 25 február 2004 Abstract Porozprávam o niektorých EM vlastnostiach l avorukých materiálov: elektrodynamika s

Fotonické kryštály a metamateriály Peter Markoš

Numerické riešenie všeobecnej (klasickej) DMPK rovnice.

Pokrocilé programovanie XI - Diagonalizácia matíc

Základy automatického riadenia - Prednáška 2

Model tesnej väzby (TBH) Peter Markoš, KF FEI STU April 21, 2008 Typeset by FoilTEX

Diracova rovnica

29.Kvantová fyzika sa zakladá na Planckových a Einsteinových teóriach a hovorí, že všetky procesy sa dejú po maličkých krokoch => všetky fyzikálne vel

Snímka 1

Preco kocka stací? - o tom, ako sú rozdelené vlastné hodnoty laplasiánu v limite, ked sú velké

Vybrané kapitoly zo štatistickej fyziky - domáce úlohy Michal Koval 19. mája 2015 Domáca úloha č. 1 (pochádza z: [3]) Systém pozos

Biharmonická rovnica - ciže co spôsobí pridanie jedného laplasiánu

Pokrocilé programovanie II - Nelineárne iteracné schémy, chaos, fraktály

Lorentzova sila a jej (zov²eobecnená") potenciálna energia Marián Fecko KTF&DF, FMFI UK, Bratislava Na predná²ke sme sa dozvedeli, ºe Lorentzova sila

Slide 1

PowerPoint Presentation

9. Elastické vlastnosti kry²tálov Cie om tejto predná²ky je zhrnú základné poznatky z mechaniky kontinua. Úlohou je ur i, ako sa deformuje daný kus lá

MOPM -prednáška 9.

Príloha č

Urýchľovačová fyzika (letný semester 2014) vyučujúci: M.Gintner, I.Melo prednáška: 2 hod/týždeň cvičenie: 2 hod/týždeň odporúčaná literatúra: M. Bomba

1. KOMPLEXNÉ ČÍSLA 1. Nájdite výsledok operácie v tvare x+yi, kde x, y R. a i (5 2i)(4 i) b. i(1 + i)(1 i)(1 + 2i)(1 2i) (1 7i) c. (2+3i) a+bi d

Študijný program (Študijný odbor) Školiteľ Forma štúdia Téma Elektronické zbraňové systémy (8.4.3 Výzbroj a technika ozbrojených síl) doc. Ing. Martin

36. Fázová analýza pomocou Mössbauerovej spektroskopie

Snímka 1

Prenosový kanál a jeho kapacita

Microsoft PowerPoint - Paschenov zakon [Read-Only] [Compatibility Mode]

4. Pravidlo ret azenia. Často sa stretávame so skupinami premenných, ktoré zložitým spôsobom závisia od iných skupín premenných. Pravidlo ret azenia p

Jednotkový koreň (unit root), diferencovanie časového radu, unit root testy Beáta Stehlíková Časové rady, FMFI UK, 2011/2012 Jednotkový koreň(unit roo

Princípy tvorby softvéru Modelovanie domény

Platný od: OPIS ŠTUDIJNÉHO ODBORU

Snímka 1

Možnosti ultrazvukovej kontroly keramických izolátorov v praxi

PHPR-Predbezne_opatrenia

WP summary

Študijný program (Študijný odbor) Školiteľ Forma štúdia Téma Požiadavky na prijatie Výzbroj a technika ozbrojených síl (8.4.3 Výzbroj a technika ozbro

Základné stochastické procesy vo financiách

Čiastka 205/2004

Zadání čtvrté série

Prezentácia programu PowerPoint

Obsah

Témy DIPLOMOVÝCH PRÁC pre študijný blok Teoretická a matematická fyzika Verzia 2 ( ) Doc.RNDr.V.Balek,CSc. Modely vesmíru s anizotropnou tmav

UNIVERZITA KOMENSKÉHO V BRATISLAVE fakulta matematiky, fyziky a informatiky Aproximácia cien dlhopisov v dvojfaktorových modeloch úrokových mier Diplo

Ohyb svetla

Univerzita Karlova v Praze Matematicko-fyzikální fakulta BAKALÁ SKÁ PRÁCE Estera Vörösová Stochastické modely pro posloupnosti nervových impuls Katedr

A 1

Operačná analýza 2

Čiastka 064/2004

Monday 25 th February, 2013, 11:50 Kvantové vlastnosti častíc M. Gintner 1 Kvantové (časticové) vlastnosti svetla 1.1 Hybnost fotónu Experimenty a zis

III. Diferenciálny počet funkcie viac premenných (Prezentácia k prednáškam, čast B) Matematická analýza IV (ÚMV/MAN2d/10) RNDr. Lenka Halčinová, PhD.

16 Franck-Hertz.doc

UNIVERZITA KOMENSKÉHO V BRATISLAVE FAKULTA MATEMATIKY, FYZIKY A INFORMATIKY VALUE-AT-RISK A CONDITIONAL VALUE-AT-RISK AKO NÁSTROJE NA MERANIE RIZIKA P

UNIVERZITA KOMENSKÉHO V BRATISLAVE FAKULTA MATEMATIKY, FYZIKY A INFORMATIKY Pouºitie teórie extrémnych hodnôt vo finan níctve DIPLOMOVÁ PRÁCA Bratisla

Podivný mikrosvet Mikuláš Gintner Katedra fyziky Žilinská univerzita 2013 Masterclasses in Physics 2013 M. Gintner

NSK Karta PDF

Jozef Kiseľák Sada úloh na precvičenie VIII. 15. máj 2014 A. (a) (b) 1

Welding slovaque qxd:Mise en page 1

trafo

Vypracované úlohy z Panorámy z fyziky II Autor: Martin Brakl UČO: Dátum:

Light transport visualization and preturbations

Výskumný ústav detskej psychológie a patopsychológie

Microsoft Word - Zahradnikova_DP.doc

ETITRAFO Jednofázové bezpečnostné a izolačné transformátory Technické údaje ETITRAFO Jednofázové bezpečnostné a izolačné transformátory Energi

BRKOS

Metódy dokazovanie v matematike 1 Základné pojmy Matematika exaktná veda vybudovaná DEDUKTÍVNE ZÁKLADNÉ POJMY základy každej matematickej teórie sú in

U N I V E R Z I T A K O M E N S K É H O Fakulta matematiky, fyziky a informatiky Katedra informatiky Vybrané kapitoly z teoretickej informatiky-ii Rie

Matematika 2 - cast: Funkcia viac premenných

Viacnásobne použitelné oblasti spolahlivosti pre viacrozmernú kalibráciu

NÁZOV RUKOPISU PRÍSPEVKU DO DIDAKTICKÉHO ČASOPISU MIF

lakJLDJl

Aplikácia multimédií

Úvod do časticovej fyziky časť 1: častice a interakcie Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a fyzikálně

Operačná analýza 2

Podpora metód operačného výskumu pri navrhovaní systému liniek doc. RNDr. Štefan PEŠKO, CSc. Katedra matematických metód, Fa

Microsoft Word - Autoelektronika - EAT IV.r. -Osvetľovacie zariadenia -Základné pojmy.doc

Oceňovanie amerických opcií p. 1/17 Oceňovanie amerických opcií Beáta Stehlíková Finančné deriváty, FMFI UK Bratislava

Katedra Informatiky Fakulta Matematiky, Fyziky a Informatiky Univerzita Komenského, Bratislava Podobnos slov (Diplomová práca) Martin Vl ák Vedúci: RN

Synthesis and properties of M. Tuberculosis phospholipid Werkbespraking

Analýza hlavných komponentov

Monday 25 th February, 2013, 11:54 Rozmerová analýza M. Gintner 1.1 Rozmerová analýza ako a prečo to funguje Skúsenost nás učí, že náš svet je poznate

geografia.pdf

8 Cvičenie 1.1 Dokážte, že pre ľubovoľné body X, Y, Z platí X + Y Z = Z + Y X. 1.2 Dokážte, že pre ľubovoľné body A, B, D, E, F, G afinného priestoru

OBAL1-ZZ.vp

UNIVERZITA KOMENSKÉHO V BRATISLAVE FAKULTA MATEMATIKY, FYZIKY A INFORMATIKY ANALÝZA A NÁVRH NUMERICKÝCH ALGORITMOV NA RIE ENIE NELINEÁRNYCH ROVNÍC BLA

Nadpis/Titulok

Čiastka 104/2004

FYZIKA I Rámcove otázky 1998

Platný od: OPIS ŠTUDIJNÉHO ODBORU TEORETICKÁ ELEKTROTECHNIKA

000____OBAL1-ZZ s Eurom.vp

Microsoft PowerPoint - Zeman_Senaj.ppt

Operačná analýza 2

UNIVERZITA KOMENSKÉHO V BRATISLAVE FAKULTA MATEMATIKY, FYZIKY A INFORMATIKY UƒENIE INVARIANTNÝCH SENZO-MOTORICKÝCH REPREZENTÁCIÍ POHYBOV UCHOPOVANIA P

Prepis:

Vlny v nehomogénnom prostredí (Inaugura ná predná²ka) Peter Marko² FEI STU Bratislava FMFI UK Bratislava 6. máj 2013

Vlny v najrôznej²ích prostrediach: Homogénne prostredie Periodické ²truktúry Nehomogenity n = 2 n = 7 k k x 10 6 1.2 1 0.8 E 2 0.6 0.4 0.2 x 1 z 0 0 5 10 15 20 25 30 z x 0.8 y λ z l z x t y 0.6 T 0.4 r a 0.2 a 0 0 1 2 3 4 a / λ Metamateriály Neusporiadané prostredie X Z Y Transmission 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0-2 -1 0 1 2 Fermi energy

Obsah predná²ky 1. Elektrónová lokalizácia priestorová lokalizácia kvantového elektrónu v neusporiadanej ²truktúre elektrónový transport v neusporiadaných materiáloch prechod kov - izolant 2. Elektromagnetické metamateriály prechod elektromagnetických v n cez metamateriály 3. Rezonancie v nehomogénnych ²truktúrach Spolo ný menovate : numerické simulácie pohybu elektrónu, resp. elektromagnetickej vlny v nehomogénnom prostredí.

1. Elektrónová lokalizácia

Lokalizácia kvantovej astice (elektrónu) Kvantová mechanika: vlastné stavy kvantovej astice sú alebo viazané, alebo vo né,... alebo lokalizované [P. W. Anderson 1958] Φ 1 (x) E 3 E = 0 E 2 V(x) E 1 E < 0 E > 0 Lokalizácia je dôsledkom neusporiadanosti ²truktúry vlnových vlastností (elektrónu)

Demon²trácia lokalizácie numerický experiment Schrödingerova rovnica Ψ( r, t) i = HΨ( r, t) t Hamiltonián H reprezentuje dvojrozmerný systém s náhodným potenciálom V ( r). V ase t = 0 pridáme elektrón do prostriedku neusporiadanej mrieºky Ψ( r, t = 0) = δ( r) Sledujeme asový vývoj vlnovej funkcie. Ak je neusporiadanos dostato ne ve ká, vlnová funkcia sa prestane rozpína elektrón zostane lokalizovaný v kone nej oblasti.

ƒasový vývoj vlnovej funkcie r 2 (t) = d 2 r Ψ ( r, t)r 2 Ψ( r, t) 4 W = 1 W = 2 10 5 <r 2 > max = L 2 /6 10 5 <r 2 (t)> 3 2 1 <r 2 (t)> 10 4 10 3 10 2 W = 6 W = 8 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 time t 10 1 0 200 400 600 800 time t/t 0 Difúzia: r 2 (t) = 2Dt Lokalizácia: r 2 (t) = const Ψ( r) e r r0 /ξ

Prechod elektrónu cez neusporiadanú ²truktúru Rozptylový experiment: astica prechádza vzorkou ve kosti L d 1 L z A C k n input lead sample output lead k zm k m B ( C B ) = S ( A D D ) ( t, S = r k zn W=0 W=0 r t ), ( C D L z ) = T ( A B Vo v²eobecnosti máme N kanálov, ktorými môºe elektrón prechádza. Amplitúdy prechodu t αβ tvoria maticu N N Parameter, ktorý nás zaujíma: konduktancia g ) g = e2 h T, T = Tr t t Vypo ítané vlastnosti g sú experimentálne merate né pri nízkych teplotách mezoskopický transport.

Prechod elektrónu cez N náhodne rozmiestnených bariér Amplitúdy prechodu a odrazu: t = T e iφ t r = Re iφ r 1 0.8 0.6 T N 0.4 0.2 0 0 100 200 300 400 500 Pocet barier N Prakticky nepredvídate né uktuácie pravdepodobnosti prechodu T N.

Exponenciálny pokles koecientu prechodu Koecient prechodu astice cez vzorku d ºky L: ln T L 2L/ξ < ln T > 0-10 -20 W = 0.5 W = 1.0 var ln T L = T L T L pre 1000 rôznych vzoriek: W = 2 W = 1.5-30 0 100 200 300 400 500 L 0.1 0.08 T 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 200 400 600 800 1000 p( ln T) 0.06 0.04 0.02 0-30 -25-20 -15-10 -5 0 ln T V dostato ne dlhých jednorozmerných neusporiadaných ²truktúrach vºdy nastáva exponenciálna lokalizácia elektrónu. Pravdepodobnostné rozdelenie p(ln T ) je (takmer) gaussovské.

Prechod kov - izolant: kvantový fázový prechod Limita nekone ne ve kej vzorky (L ) W... miera neusporiadanosti. Existuje kritický bod W c W < W c vodivý reºim g = σl d 2 W > W c lokalizácia ln g = 2L/ξ W = W c kritický bod g = kon²t. Korela ná d ºka ξ(w ) ξ(w ) W W c ν kálovacia teória lokalizácie hypotéza univerzality: V limite L je pomer L/ξ jediný relevantný parameter teórie. Vodivý reºim pre d > 2 (d 2 pre niektoré symetrie modelu)

Numerická analýza lokalizácie Pre o numerická: v okolí kritického bodu nie je neusporiadanos nikdy malá nedajú sa pouºi poruchové metódy potreba ustredni cez náhodnos potenciálu ale nie kaºdú veli inu môºeme ustredni. Napr. vo v²eobecnosti 1 X 1 X po ustrednení oby ajne dostaneme model, ktorý v sebe uº lokalizáciu nemá extrémna citlivos veli ín na malé zmeny náhodného potenciálu ako ju zoh adni v teórii?

Numerická analýza lokalizácie II Numerické metódy umoº ujú vypo íta T pre obrovské ²tatistické súbory N stat 10 7 neusporiadaných vzoriek. po íta stredné hodnoty ktorejko vek veli iny z prvých princípov Nevýhoda numerických metód: vzorka má vºdy kone nú ve kos L. Východisko výpo ty pre rôzne ve kosti vzorky metóda kone norozmerného ²kálovania (nite size scaling)

kálovanie strednej konduktancie v kritickom reºime. Numerický dôkaz ²kálovania pre 3D Andersonov model ln g(l) : klesá s L, ak W > W c (izolant) rastie s L, ak W < W c (kov) je kon²tantná, ak W = W c Jednoparametrické ²kálovanie: ln g(l, W ) = F (L/ξ) Kritický exponent: ν 1.57 [K. Slevin, PM, T. Ohtsuki: Phys. Rev. Lett. (2001)]

Kritický bod: pravdepodobnostné rozdelenie konduktancie Pravdepodobnostné rozdelenie P c (g): nezávisí od L 10 0 P(g) 10 2 10 4 6 4 2 0 0 g 0.05 1 2 0.8 1 1.2 g 0 1 2 g 0 d P(g)/d g nezávisí od modelu Závisí ale od dimenzie modelu okrajových podmienok aj v limite L fyzikálnej symetrie topológie mrieºky Tvar kritickej distribúcie: P c (g) je neanalytická v bode g = 1 lim g 0 P c (g) = 0 [PM, B. Kramer: Philos. Mag. 1993; PM: Phys. Rev. Lett. 1999]

kálovanie distribúcie konduktancie v kritickom reºime. Percentil g q : denícia q = gq 0 P L (g) dg. kálovanie percentilov g q pre rôzne hodnoty q g q (W, L) = g (c) q + W W c L 1/ν +... P(g) 10 0 10-1 10-2 g 0.75 g 0.80 1.56 < ν < 1.60 10-3 0 0.5 1 1.5 2 g kálovanie percentilov dokazuje ²kálovanie celej distribúcie P(g). [K. Slevin, PM, T. Ohtsuki: Phys. Rev. B (2003)]

Prechod kov - izolant pre dimenziu d = 2 + ɛ Bifraktálne mrieºky P(g) 0.5 0.4 0.3 A 2.365 B 2.365 C 2.226 0.2 0.1 0 0 4 g 8 12 d s = 1.365+1 d s = 1.226+1 Numerické výpo ty nepotvrdili predpovede analytickej teórie: 3 2.5 ν 2 dimenzia d = 2 + ε 3 2.5 2.25 2.20 numericke data ν = 1 ɛ 2.7ɛ2 1.5 analyticka teoria 1 0 1 2 3 4 5 ε 1 [I. Trav nec, PM: Phys. Rev. B (2002]

Silne lokalizovaný reºim Pre jednorozmerné problémy sme na²li gaussovské rozdelenie p(ln g). To ale neplatí, ak vzorka má vy²²iu dimenziu: 0.15 P(ln g) 0.1 0.05 0-30 -20-10 0 ln g Pravdepodobnos p(ln g) v 3D nie je gaussovská. Numerické výsledky motivovali rozvoj analytickej teórie transportu v silne lokalizovanom re- ºime. [PM: Phys. Rev. B (2002)] [K. Muttalib, PM, P. Wöle: Phys. Rev. B (2005)]

Vlnový charakter ²írenia elektrónu Numerický výpo et koecientu prechodu cez mrieºku 100 100. Náhodný potenciál je modelovaný N = 10 000 náhodnými íslami. Zme me jedinú náhodnú energiu ε(x, y) ε(x, y) Ako sa zmení koecient prechodu? Zmení sa o 1%, 10% alebo 100%? Neusporiadanos je slabá. Elektrón prechádza celou vzorkou.. Neusporiadanos silnie, priestorové rozloºenie elektrónu sa stáva nehomogénnym

Ako sa zmení koecient prechodu? Zmení sa o 1%, 10% alebo 100%? Pre silnej²iu neusporiadanos : Elektrón si v silne neusporiadanej vzorke nachádza dráhu, jej poloha ale neodpovedá ºiadnemu údoliu v náhodnom potenciáli.

Koecient prechodu vs. vlastné stavy Pä vlastných stavov elektrónu v neusporiadanej 1D mrieºke a zodpovedajúci koecient prechodu T cez vzorku. E = 0.448 T = 0.11 E = 0.486 T = 0.84 E = 0.500 T = 0.67 T 10 0 10-2 10-4 10-6 -2-1 0 1 2 Fermiho energia E = 0.543 T = 0.001 E = 0.587 T = 0.005 input T = t 2 0 50 100 150 200 N R = r 2 Hodnota T súvisí s priestorovým rozdelením vlastných stavov elektrónu vo vnútri vzorky.

Inverse participation ratio (IPR) Denujme IPR I q (E n ) = r Φ n (r) 2q pomocou vlastných funkcií Φ n ( r) { L d(q 1) I q (E n ) V kritickom bode kov 1 izolant I q (E n ) L d q(q 1) d q sú fraktálne dimenzie IPR pre 3D Andersonov model Výpo et IPR umoº uje dokáza multifraktálne rozdelenie elektrónov vo vnútri neusporiadanej vzorky.

Kritický exponent a fraktálne dimenzie 1.6 1,4 1.5 GW c GE c BW c 1,2 ν 1.4 1.3 ν 1.1 0.9 0 0.05 0.1 1/L min 1 2 3 4 5 6 q 1 d q 1 GW c GE c BW c 0,8 0 1 2 3 4 5 6 q Analýza IPR potvrdila univerzalitu kritického exponentu ν 1.55 fraktálnych dimenzií d q [J. Brndiar, PhD (2008)]

Vlnová funkcia má (multi)fraktálnu ²truktúru Kritický reºim kvantovaného Hallovho javu Reservoir 1 R xy Reservoir 2 y x R xy R xx E Súvis medzi el. vodivos ou a fraktálnou dimenziou d 1 (Fal`ko-Efetov): σ xx = fraktálna dimenzia d 1 1.739 ± 0.002. 1 e 2 e2 = 0.61 2π(2 d 1 ) h h

Kritická vodivos a konduktancia: Kritický reºim kvantovaného Hallovho javu Kritická konduktancia: g c g c (L) = g c ( ) g 0 (L 0 /L) y, L > L 0 g c ( ) = (0.60 ± 0.02) e 2 /h 1 gc(l)/gc( ) 1 0.1 0.01 10 5 0.6 gc(l)/(e 2 /h) 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 a/l 10 4 10 3 10 2 10 1 ζ(w)/l Kritická vodivos σ c xx(m) = σ c xx( ) σ 0 (M 0 /M) y, σ c xx(m)/(e 2 /h) 0.55 0.5 σ c xx( ) = (0.58 ± 0.02) e 2 /h, 0.45 0 0.05 0.1 0.15 0.2 (a/m) y1 0.25 0.3 Exponent y = 0.4 ± 0.02 reprezentuje efekty kone nej ve kosti vzorky. [L. Schweitzer, PM: Phys. Rev. Lett. (2005)]

2. Metamateriály

Metamateriály pripravené v laboratóriu ²truktúra je prispôsobená poºadovaným elektromagnetickým vlastnostiam nové fyzikálne vlastnosti: záporný index lomu priestorovo premenný index lomu magnetická odozva pri optických frekvenciách Ná² príspevok k vývoju metamateriálov: numerické simulácie prechodu EM v n cez metamateriály umoºnili overenie vlastností metamateriálov výpo et ich efektívnych parametrov (záporný index lomu). návrh nových ²truktúr

Metamateriály vs kompozity Kompozity Efektívna permitivita je priemerom permitivít zloºiek. ɛ e = l aɛ a + l b ɛ b l a + l b ɛ e = l a + l b l a ɛ b + l b ɛ a a b a b Metamateriály ɛ e a µ e sú dané rezonan nou odozvou metamateriálu. Efektívne parametre môºu by úplne iné ako parametre zloºiek. Analógia s chémiou: Na + Cl NaCl 2H 2 + O 2 2H 2 O x E x E x E x E x D z D z D z D z Prvky majú úplne iné vlastnosti ako zlú enina. z la l b

Záporná permitivita: Mrieºka tenkých kovových drôtov 5 0.5 0 0 ε eff ε eff 5 0.5 10 1 Efektívna permitivita: 15 4 6 8 10 12 14 Frekvencia [GHz] 1.5 ɛ = 1 ω 2 p ω(ω + iγ) ω p... plazmová frekvencia, daná ²truktúrou [PM, C. Soukoulis: Opt. Lett. (2003)]

Materiál so zápornou permeabilitou H 0 cos ωt 10 5 Imag µ Real µ = 0 0 Efektívna permeabilita: F ω 2 Real µ µ(ω) = 1 + ω0 2 ω2 iωγ -10 0.5 1 1.5 2 ω/ω 0 Rezonan ná frekvencia ω 0 je opä daná parametrami ²truktúry. -5

Left-handed materiál Tenké kovové drôty + preru²ené prstence = left-handed materiál Koecient prechodu cez jednotlivé ²truktúry: Y 10 0 X Z Transmisia 10 2 10 4 10 6 10 8 10 10 Len droty prstence LHM 10 12 10 14 10 16 10 18 6 7 8 9 Frekvencia [GHz] [PM, C. Soukoulis, Phys. Rev. B (2002)]

Efektívna permitivita a permeabilita t ε 2 µ2 l r Metamateriál povaºujme za homogénne médium. λ rozmer el. bunky Amplitúdy prechodu a odrazu pre prechod EM vlny cez homogénnu planárnu vrstvu: 1 t = cos nkl i [ ] z + z 1 sin nkl, 2 r t = i [ z z 1 ] ] sin nkl 2 (1) Efektívny index lomu n = ɛ e µ e Efektívna impedancia z = µ e /ɛ e Predpoklad homogenity λ nehomogenita ²truktúry Nejednozna nos rovníc (1) - viac rie²ení n, z pre dané t a r. [D. Smith, S. Schultz, PM, C. Soukoulis, Phys. Rev. B (2002)]

Efektívna permitivita a permeabilita Numericky nájdený efektívny index lomu: Index lomu je komplexný Reálna as je záporná Imag. as je malá malé absorp né straty Left-handed materiál naozaj má záporný index lomu.

Rezonancia spriahnutých oscilátorov E E Dopadajúca EM vlna vyvolá oscilácie elektrónov Efekty blízkeho po a: vzájomná väzba oscilácií Symetrický mód - záporná permitivita Antisymetrický mód záporná permeabilita Elektromagnetická odozva metametriálov je daná rezonanciami vo vnútri ich ²truktúry.

Metamateriály: 1. Motivujú k ²túdiu interakcií elektromagnetických v n s fotonickými ²truktúrami: povrchové plazmóny na rozhraní kov - dielektrikum lokalizované plazmóny v kovových asticiach rôznych tvarov vlastné stavy vo fotonických vrstvách 2. In²pirujú k ²túdiu netradi ných fotonických ²truktúr: vlnovody z metamateriálov rozhranie metamateriál - dielektrikum fotonické kry²tály s metamateriálmi

3. Rezonancie v nehomogénnych ²truktúrach

Povrchové elektromagnetické vlny 1 R, T, S 0.8 0.6 0.4 R T S 0.2 0 2 4 6 8 10 ε b /ε a [T. Váry, dipl. práca 2010] [M. Rudolf: VOƒ 2010]

Excitácia lokalizovaných plazmónov v kovových nano asticiach [T. Váry, PhD 2012]

Prechod EM vlny cez fotonické ²truktúry FDTD simulácia ²írenia EM v n v reálnom ase [M. Rudolf, dipl. práca 2012]

Prechod EM vlny cez fotonickú vrstvu Koecient odrazu EM vlny ako funkcia λ a uhla dopadu E z 800 0.9 ψ y 750 0.8 k φ 700 0.7 θ x Vlnová då ka [nm] 650 600 550 0.6 0.5 0.4 0.3 500 0.2 450 0.1 400 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Uhol dopadu [stupen] Dopadajúca EM vlna excituje vlastné stavy fotonickej vrstvy: Porovnanie vlastného numerického programu s komer ným softvérom. [G. Kajtár, PhD 2011]

Literatúra P. Marko²: Numerical analysis of Anderson localization. acta physica slovaca 56, 561-685 (2006) P. Marko² and Costas M. Soukoulis: Wave Propagation: From Electrons to Photonic Crystals and Left-Handed Materials. Princeton University Press, Princeton and Oxford (2008) P. Marko²: Moderná fyzika. Skriptá, STU Bratislava (2012) P. Marko²: Fotonické kry²tály a metamateriály. Ko²ice (2013)

Po akovanie Kolegom: L. Schweitzer (PTB Braunschweig), C. Soukoulis, T. Koschny (Ames Lab. Iowa), K. Muttalib (UF Gainesville), K. Slevin (Osaka), T. Ohtsuki (Tokyo), P. Wöle (Karlsruhe), I. Trav nec (FÚ SAV), P. Die²ka (FEI),... PhD ²tudentom: J. Brndiar (FÚ), T. Váry, G. Kajtár (FEI STU), Dipl., bak. ²tudentom: M. Rudolf, I. Lapin, J. Bogár, M. Okál, T. Skor²epová, H. Jan inová, K. Sebestyén