[发明专利]全波段强磁响应宽频带负磁导率超材料

说明书

本发明公开了一种适用于全波段的强磁谐振单层超材料。该单层超材料由孔状结构基底和附着在基底孔处的良导体金属谐振结构构成。当电磁波垂直入射时，磁场分量直接激励超材料的磁谐振，从而在谐振频率附近获得很高的正磁导率和负磁导率。本发明具有在相同结构形式下，仅通过调节该超材料的结构参数，在微波、太赫兹波和光波段均可实现直接激发强磁响应。该超材料具有结构简单、加工方便、厚度薄和体积小等优势，可应用于负折射率超材料的设计等领域。

技术领域：

本发明涉及一种负磁导率超材料，具体涉及一种孔状结构全波段强磁响应宽频带负磁导率超材料。

背景技术：

超材料是一种人工复合材料，通过设计其单元结构来实现对外加电磁场产生自然界所不具备的奇异电磁响应。超材料的电磁属性取决于其单元结构，即微结构。由于微结构的单元尺寸比入射电磁波的波长小，超材料相对于入射电磁波而言可视为均匀的，即超材料的电磁特性可由与空间无关的等效介电常数和等效磁导率表征。超材料的特殊性能引起了国内外研究人员的极大兴趣，并设计了许多新颖的超材料，如负折射率超材料、零折射率超材料和负磁导率超材料等。其中，负磁导率超材料在成像应用中，相对于一般透镜而言能够增强电磁波的成像效果和提高能量的传输性能。然而，由于自然界中大多数磁性物质的磁响应具有高频截止特性，导致在更高频段的微波、太赫兹波以及光波段的磁响应非常弱，且负磁导率的工作带宽很窄。因此，高频强磁谐振宽频带负磁导率超材料成为一个重要的研究热点。

负磁导率超材料的主要技术途径是使入射电磁波的磁场分量穿过开口谐振环或者通过多层叠加的方式，诱导原子或分子等级谐振结构的局域磁响应，使其在宏观属性上表现为负磁导率。为使入射电磁波的磁场分量穿过开口谐振环直接激发磁响应，人们设计了平面开口谐振环和竖直开口谐振环结构。其中，平面开口谐振环需要采用侧入射的方式，从而极大地限制了其应用，且难以在结构不变的情况下仅通过改变结构参数应用到更高的太赫兹波段和光波段，而竖直开口谐振环结构则不仅增加了微结构单元的加工难度，还会引入较强的双各向异性，导致其双负折射率频带变窄，且同样也难以仅通过改变结构参数应用于光波段。对于多层叠加实现磁响应的技术途径，通常难以实现很强的磁响应，且中心对称的谐振结构加工难度很大，限制了其向太赫兹波段和光波段的拓展应用。此外，虽然人们还提出了许多不同结构的负磁导率超材料，但这些超材料也难以在保持结构不变时仅通过改变单元结构的尺寸使其在微波到光波段具有很好的普适性。因此，发展一种具有全波段强磁响应且结构简单的宽频带负磁导率超材料对于促进太赫兹技术的应用尤为重要。

综上所述，我们提出了一种基于孔状结构的全波段强磁响应宽频带负磁导率超材料。该结构可通过改变单元结构的尺寸，在微波、太赫兹波以及光波段实现很强的磁响应，进而在不同波段获得宽频带负磁导率。该结构还可根据不同的应用需求与相应的结构进行组合，应用到负折射率等领域。

发明内容：

本发明针对现有负磁导率人工超材料设计中所存在的缺陷和不足，提供了一种全波段强磁响应宽频带负磁导率超材料。

本发明采用的技术方案是，提出一种全波段强磁响应宽频带负磁导率超材料，其特点在于：1、该超材料由阵列式结构单元组成，每个结构单元包括孔状结构基底，以及每个基底孔处附着的金属谐振结构；2、可只通过改变该负磁导率超材料的周期、厚度、基底孔结构和谐振结构的尺寸，在微波、太赫兹波以及光波段实现强磁响应。

其中，所述介质层材料可以但不限于是聚合物特氟龙、柔性材料聚酰亚胺或非柔性材料蓝宝石。

其中，所述基底孔状结构可以但不限于是方形孔或圆形孔。

其中，所述金属谐振材料可以但不限于是金、银或铜。

其中，所述金属谐振结构可以但不限于是闭环谐振结构或开口谐振环结构。

进一步地，根据不同的频段以及应用场景设定超材料单元结构的周期、介质层材料、介质层的厚度、孔的形状、孔的尺寸、金属谐振结构材料以及金属谐振结构的厚度，进而实现相应的功能。