超材料/超表面的案例
一種具有自修復(fù)功能的兩棲超親水、超親油表面材料
超親水、超親油（即“超雙親”）表面具有自清潔、防污、抗霧、使液體迅速鋪展等功能，在日常生活、醫(yī)療、工業(yè)生產(chǎn)等方面有著廣泛的應(yīng)用。然而，目前報(bào)道的超雙親表面只能在單一介質(zhì)環(huán)境下工作。例如，在干態(tài)空氣環(huán)境中具有超雙親性質(zhì)的表面材料在水中往往會(huì)表現(xiàn)出超疏油性質(zhì)，而不是親油性。因?yàn)檫@些材料一旦被水潤濕，其性能主要取決于附著在表面的液態(tài)水層。相反，在水中具有親油性質(zhì)的表面在干燥狀態(tài)和空氣介質(zhì)中通常表現(xiàn)為超疏水和超親油。在空氣和水介質(zhì)中均具有超雙親（即“兩棲” 超雙親）性質(zhì)的表面材料報(bào)道很少，其制備一直是個(gè)挑戰(zhàn)性難題。
最近，澳大利亞迪肯大學(xué)（Deakin University）林童教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種簡單有效的表面處理方法，可使紡織品材料表面具有穩(wěn)定的“兩棲” 超雙親性質(zhì)。該團(tuán)隊(duì)采用一種表面涂層技術(shù)，將兩種分別帶有親水和親油官能團(tuán)的化合物涂布于紡織品材料的表面，并進(jìn)行交聯(lián)處理。經(jīng)過處理的紡織品面料在空氣中表現(xiàn)為優(yōu)秀的超雙親性質(zhì)，對(duì)水、油和多種有機(jī)溶劑的觸角為0°。在水中或完全被水潤濕的條件下，該面料仍然可以使油和不溶性有機(jī)溶劑在表面迅速鋪展。該涂層不僅具有良好的牢度，而且可抵御酸堿侵蝕和長時(shí)間紫外照射。不僅如此，該涂層還表現(xiàn)出了自修復(fù)功能，在被化學(xué)侵蝕破壞后，其水下超親油性能可以通過加熱恢復(fù)到原的有功能狀態(tài)。該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步證明，這種兩棲超雙親材料在油水分離方面有很大的應(yīng)用潛力。無論織物在干燥還是潤濕狀態(tài)，都表現(xiàn)出了穩(wěn)定的吸油能力。
圖1：“兩棲”超雙親表面的處理過程及效果。
詳細(xì)結(jié)果已發(fā)表在近期的《Materials Horizons》（DOI: 10.1039/C8MH00898A）。文章共同第一作者為博士生符思達(dá)和周華博士，通訊作者為王紅霞博士和林童教授。
來源：高分子科學(xué)前沿
展開 南京大學(xué)劉輝Nature子刊：超表面拓?fù)淙毕莸拇_定光子偏轉(zhuǎn)和具有材料損失的對(duì)稱性破裂相變
另一方面，基于控制介電常數(shù)和磁導(dǎo)率分布的超材料的轉(zhuǎn)換光學(xué)可以被廣泛研究，以設(shè)計(jì)許多具有新光學(xué)應(yīng)用的人造材料。變換光學(xué)最重要的應(yīng)用是隱形斗篷，其中光線被視為變形空間中的線性平行測地線。在愛因斯坦的廣義相對(duì)論中，時(shí)空曲率是由能量和動(dòng)量決定的。最近，通過將時(shí)空度量映射到具有局部曲率的電磁介質(zhì)本構(gòu)參數(shù)，模擬廣義相對(duì)論現(xiàn)象成為可能。除了三維超材料之外，超表面(二維超材料)具有易于制造和低傳播損耗，是一種操縱電磁波的新方式。特別的是，不同種類的超表面已經(jīng)被用來控制表面波的傳播。
【成果簡介】
近日，來自南京大學(xué)的劉輝（通訊作者）教授團(tuán)隊(duì)在Nature Communications上發(fā)表文章，題為“Definite photon deflections of topological defects in metasurfaces and symmetry-breaking phase transitions with material loss”。通過使用以旋轉(zhuǎn)超表面為邊界的人工波導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)?zāi)M了時(shí)空拓?fù)淙毕莸姆瞧椒残?yīng)。拓?fù)洳▽?dǎo)中的光子偏轉(zhuǎn)具有不依賴于入射光子的位置和動(dòng)量的穩(wěn)定的確定角度。這與普通空間中的隨機(jī)光散射明顯不同。通過包括材料損耗，這種拓?fù)湫?yīng)可以從光子模式的對(duì)稱性破壞中很好地理解。作者的研究為研究光學(xué)系統(tǒng)中的拓?fù)湟μ峁┝艘粋€(gè)平臺(tái)。這種方法也可以擴(kuò)展到獲得許多其他新型拓?fù)涔庾悠骷? 【圖文簡介】
圖1.
展開 薄膜型聲學(xué)超表面設(shè)計(jì)與可調(diào)節(jié)性研究
而低頻噪聲由于具有波長大、穿透性強(qiáng)、傳播距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，根據(jù)質(zhì)量作用定律，傳統(tǒng)的隔聲材料需要通過不斷增加材料的重量、體積來提升低頻隔聲效果，一方面顯著增加了隔聲成本，另一方面也占用了大量有效空間，因此，如何在不顯著增加材料重量和體積的前提下提升低頻隔聲效果(即打破質(zhì)量作用定律的限制)是隔聲領(lǐng)域中研究難點(diǎn)
研究內(nèi)容：
結(jié)合薄膜型聲學(xué)超材料與聲學(xué)超表面在低頻降噪領(lǐng)域的優(yōu)越性，設(shè)計(jì)一種薄膜型聲學(xué)超表面，研究超寬帶低頻隔聲的可能性。致力于實(shí)現(xiàn)低頻寬帶隔聲降噪并實(shí)現(xiàn)隔聲帶的可調(diào)節(jié)性。
圖1. 薄膜型聲學(xué)超表面的結(jié)構(gòu)示意圖
技術(shù)路線：
在COMSOL軟件中對(duì)薄膜型聲學(xué)超表面的隔聲特性進(jìn)行仿真分析。首先建立有限元仿真幾何模型，然后設(shè)置變量和定義材料屬性，建立圓柱形空氣域，對(duì)入射口出射口積分，計(jì)算入射、出射聲功率。設(shè)置薄膜的預(yù)應(yīng)力，模型框架設(shè)置邊界固定條件，并劃分自由四面體網(wǎng)格。在采用壓力聲學(xué)頻域和固體力學(xué)兩個(gè)物理場接口。
建立薄膜聲學(xué)超表面的幾何模型并完成網(wǎng)格的劃分：
圖2.幾何模型的構(gòu)建
圖3.網(wǎng)格的劃分
圖4.薄膜聲學(xué)超表面的預(yù)應(yīng)力對(duì)隔聲損失的影響
圖5.論文中的預(yù)應(yīng)力對(duì)隔聲損失的影響
基于以上分析，可改變參數(shù)對(duì)其參數(shù)化掃描，即可得到薄膜型聲學(xué)超表面的結(jié)構(gòu)化參數(shù)的影響。
最后,有相關(guān)需求歡迎通過公眾號(hào)"320科技工作室"與我們聯(lián)絡(luò)
展開 Nature子刊：東南大學(xué)信息超材料獲新進(jìn)展！
更重要地是，超材料的數(shù)字化編碼表征方式非常有利于結(jié)合一些有源器件（例如二極管和MEMS開關(guān)等），在現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）等電路系統(tǒng)的控制下實(shí)時(shí)地?cái)?shù)字化調(diào)控電磁波，動(dòng)態(tài)地實(shí)現(xiàn)多種完全不同的功能。
然而，之前關(guān)于數(shù)字編碼與可編程超材料的研究工作僅在空間域進(jìn)行編碼。近來，東南大學(xué)毫米波國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室程強(qiáng)教授、崔鐵軍教授和東南大學(xué)移動(dòng)通信國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室金石教授及其博士生趙捷、陽析等提出時(shí)間編碼超材料的概念（arXiv 1806.04414），可對(duì)電磁頻譜進(jìn)行任意調(diào)控。在該Nature Communications論文中，崔鐵軍教授等人首次提出了“時(shí)空編碼數(shù)字超表面”，特殊設(shè)計(jì)的可編程超表面在時(shí)間域上按照相應(yīng)的時(shí)間編碼序列快速切換，可以在頻率域產(chǎn)生諧波能量分布。同時(shí)結(jié)合空間域的編碼排布，一款時(shí)空聯(lián)合編碼的數(shù)字超表面可以在空間域和頻率域同時(shí)調(diào)控電磁波。
在該工作中，作者利用優(yōu)化算法，設(shè)計(jì)相應(yīng)的時(shí)空三維編碼矩陣，超表面將入射波能量分散到空間任意方向和任意諧波頻譜上，這一特性很好地縮減了雷達(dá)散射截面（RCS），未來有望應(yīng)用于新型的計(jì)算成像系統(tǒng)。更重要的是，引入時(shí)間維度的編碼之后，可以擴(kuò)展傳統(tǒng)的空間編碼比特?cái)?shù)，降低了實(shí)現(xiàn)高比特可編程超表面的系統(tǒng)復(fù)雜度。例如，一款2比特的可編程超表面，只要設(shè)計(jì)相應(yīng)的時(shí)空編碼矩陣，就可以在中心頻率和諧波頻率實(shí)現(xiàn)等效的360度相位覆蓋，這是傳統(tǒng)可編程超表面無法實(shí)現(xiàn)的，可用于實(shí)現(xiàn)波束塑形等一系列實(shí)用功能。
本工作得到了國家科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“變革性技術(shù)關(guān)鍵科學(xué)問題”重點(diǎn)專項(xiàng)“微波毫米波數(shù)字編碼和現(xiàn)場可編程超構(gòu)材料的理論體系與關(guān)鍵技術(shù)”，以及國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助，相關(guān)實(shí)驗(yàn)測試工作在東南大學(xué)毫米波國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。（張磊）
來源：材料科學(xué)與工程
展開 
基于Comsol進(jìn)行薄膜型聲學(xué)超表面設(shè)計(jì)與可調(diào)節(jié)性研究
而低頻噪聲由于具有波長大、穿透性強(qiáng)、傳播距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，根據(jù)質(zhì)量作用定律，傳統(tǒng)的隔聲材料需要通過不斷增加材料的重量、體積來提升低頻隔聲效果，一方面顯著增加了隔聲成本，另一方面也占用了大量有效空間，因此，如何在不顯著增加材料重量和體積的前提下提升低頻隔聲效果(即打破質(zhì)量作用定律的限制)是隔聲領(lǐng)域中研究難點(diǎn)
研究內(nèi)容：
結(jié)合薄膜型聲學(xué)超材料與聲學(xué)超表面在低頻降噪領(lǐng)域的優(yōu)越性，設(shè)計(jì)一種薄膜型聲學(xué)超表面，研究超寬帶低頻隔聲的可能性。致力于實(shí)現(xiàn)低頻寬帶隔聲降噪并實(shí)現(xiàn)隔聲帶的可調(diào)節(jié)性。
圖1. 薄膜型聲學(xué)超表面的結(jié)構(gòu)示意圖
技術(shù)路線：
在COMSOL軟件中對(duì)薄膜型聲學(xué)超表面的隔聲特性進(jìn)行仿真分析。首先建立有限元仿真幾何模型，然后設(shè)置變量和定義材料屬性，建立圓柱形空氣域，對(duì)入射口出射口積分，計(jì)算入射、出射聲功率。設(shè)置薄膜的預(yù)應(yīng)力，模型框架設(shè)置邊界固定條件，并劃分自由四面體網(wǎng)格。在采用壓力聲學(xué)頻域和固體力學(xué)兩個(gè)物理場接口。
建立薄膜聲學(xué)超表面的幾何模型并完成網(wǎng)格的劃分：
圖2.幾何模型的構(gòu)建
圖3.網(wǎng)格的劃分
圖4.薄膜聲學(xué)超表面的預(yù)應(yīng)力對(duì)隔聲損失的影響
圖5.論文中的預(yù)應(yīng)力對(duì)隔聲損失的影響
基于以上分析，可改變參數(shù)對(duì)其參數(shù)化掃描，即可得到薄膜型聲學(xué)超表面的結(jié)構(gòu)化參數(shù)的影響。
最后，有相關(guān)需求歡迎通過公眾號(hào)“320科技工作室”與我們聯(lián)絡(luò)。
展開 [VirtualLab] 超透鏡與超表面全息
? 由于雙折射特性，以Nanofin為構(gòu)建模塊的超透鏡具有偏振敏感性。
納米柱（Nanopillar）構(gòu)建模塊
? 由高折射率材料制成的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱Nanopillar是另一種常見的超表面構(gòu)建模塊。
? 通過調(diào)整Nanopillar的直徑，實(shí)現(xiàn)了Nanopillar的相位控制。
? 由于納米柱結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，用納米柱結(jié)構(gòu)構(gòu)建的超透鏡對(duì)偏振不敏感。
VirtualLab：超透鏡與超表面全息
超透鏡和超表面因其操縱電磁場的獨(dú)特特性而在科學(xué)上聲名鵲起，如今它們的制造已經(jīng)變得可行。但它們的設(shè)計(jì)難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)鏡片，因?yàn)楸仨毧紤]到納米級(jí)構(gòu)件的特性。
VirtualLab Fusion的優(yōu)勢
□ 統(tǒng)一的平臺(tái)：具有將納米級(jí)構(gòu)建模塊和大尺寸復(fù)合透鏡/表面作為整體的求解器
□ 從Zemax中導(dǎo)入功能型設(shè)計(jì)，或通過公式直接定義
□ 內(nèi)置了嚴(yán)格的傅里葉模態(tài)法（FMM），也稱為嚴(yán)格耦合波法（RCWA），包含完全矢量信息
□ 應(yīng)用便捷的圖形用戶界面來設(shè)置納米構(gòu)建模塊，比如典型的納米片（Nanofin）和納米柱（Nanopillar）
□ 查找表的概念將嚴(yán)格的構(gòu)建模塊分析結(jié)果與大尺寸超透鏡/表面建模相聯(lián)系
超透鏡
□ 超透鏡的功能特性可以通過多項(xiàng)式系數(shù)來具體表示，比如從Zemax中導(dǎo)入。
□ 仿真可以在不同的層面上進(jìn)行：可以基于理想模型進(jìn)行仿真，也可以直接結(jié)合納米構(gòu)建模塊特性進(jìn)行仿真。
□ 靈活地將超透鏡與其他元件一起包含在一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)中。
超全息圖
□ 傳統(tǒng)的相位全息圖通過在透明基底上刻蝕不同的深度來實(shí)現(xiàn)相位輪廓，這通常只適用于近軸情況。
□ 這種相位輪廓也可以通過具有空間變化的納米尺度構(gòu)建模塊的超表面來實(shí)現(xiàn)。
□ 使用超表面構(gòu)建模塊，可以以一種直接的方式設(shè)計(jì)高數(shù)值孔徑全息圖。
納米片（Nanofin）構(gòu)建模塊
□ Nanofin結(jié)構(gòu)的工作原理是基于雙折射原理。它的相位操縱是通過單個(gè)Nanofin的旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)的。
□ 為了實(shí)現(xiàn)其作為半波片的功能，必須仔細(xì)優(yōu)化Nanofin的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
□ 由于雙折射特性，以Nanofin為構(gòu)建模塊的超透鏡具有偏振敏感性。
納米柱（Nanopillar）構(gòu)建模塊
□ 由高折射率材料制成的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱Nanopillar是另一種常見的超表面構(gòu)建模塊。
展開 超透鏡與超表面全息
納米柱（Nanopillar）構(gòu)建模塊
? 由高折射率材料制成的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱Nanopillar是另一種常見的超表面構(gòu)建模塊。
? 通過調(diào)整Nanopillar的直徑，實(shí)現(xiàn)了Nanopillar的相位控制。
? 由于納米柱結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，用納米柱結(jié)構(gòu)構(gòu)建的超透鏡對(duì)偏振不敏感。
陜西科技大學(xué)生物質(zhì)與功能材料研究所：用于造紙表面施膠的明膠基超分子涂層
開發(fā)一種低成本、可賦予紙張優(yōu)異性能并能滿足環(huán)境可持續(xù)性要求的紙張表面施膠劑仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。隨著全球?qū)ζじ镏破沸枨蟮脑黾樱じ镄袠I(yè)實(shí)現(xiàn)了快速增長。與此同時(shí)，皮革固體廢棄物的處理成為行業(yè)面臨的一大難題，而皮革固廢中含有約80%的膠原蛋白。明膠是通過膠原蛋白的熱變性而得到的變性蛋白，具有生物相容性、生物降解性、成本低、易加工、成膜性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。為了解決造紙行業(yè)對(duì)于新型環(huán)保表面施膠劑的需求以及皮革行業(yè)固體廢棄物的處理難題，本研究受到氫鍵基高強(qiáng)度水凝膠的啟發(fā)，摒棄了過程復(fù)雜、耗時(shí)長且環(huán)境友好性差的化學(xué)改性法，提出了一種利用氫鍵封閉親水基團(tuán)制備明膠基表面施膠劑的策略，并究通過簡單的一步聚合和共混工藝，制備了一種適用于紙張表面施膠的明膠基乳液。該策略同時(shí)解決了明膠溶液在室溫下易形成凝膠及其成膜后耐水性差的問題。
明膠具有生物相容性、生物降解性、成本低、易加工、成膜性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，是紙張施膠的理想材料。然而，明膠成膜較脆、耐水性差及其溶液易在室溫下凝膠的特點(diǎn)限制了其在工業(yè)上的應(yīng)用。通常采用對(duì)明膠進(jìn)行化學(xué)改性以增強(qiáng)其成膜韌性及疏水性，然而化學(xué)改性過程復(fù)雜、耗時(shí)長且需要添加大量疏水石油基高分子，環(huán)境友好性較差。受到氫鍵基高強(qiáng)度水凝膠的啟發(fā)，本研究提出利用氫鍵封閉明膠親水基團(tuán)實(shí)現(xiàn)明膠疏水改性的思路，并采用一種簡便的一步聚合和共混工藝，利用皮革固體廢棄物中提取的明膠制備了一種適用于紙張表面施膠的明膠基乳液。該乳液具有較低的上臨界溶解溫度（UCST），成膜具有較高的明膠含量、韌性和耐水性。
首先，甲基丙烯酸（MAA）在明膠水溶液中聚合以形成明膠-PMAA乳液（G-PMAA）。
展開 第一屆超材料大會(huì)在西安成功舉辦！
第一屆全國超材料大會(huì)定于2019年11月24 ~ 27日在美麗的古城西安召開。大會(huì)由中國材料研究學(xué)會(huì)超材料分會(huì)、中國物理學(xué)會(huì)電介質(zhì)物理專業(yè)委員會(huì)和中國電子學(xué)會(huì)元件分會(huì)聯(lián)合主辦，由西安交通大學(xué)、空軍工程大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)和西安電子科技大學(xué)承辦，網(wǎng)站為www.meta-conf.com。
在近二十年的發(fā)展中，超材料一直是十分活躍的交叉學(xué)科研究領(lǐng)域，是諸多領(lǐng)域顛覆性技術(shù)的源頭。第一屆全國超材料大會(huì)旨在推動(dòng)我國超材料理論研究、設(shè)計(jì)與制備研究、器件應(yīng)用研究；增進(jìn)超材料學(xué)術(shù)界和工業(yè)界之間的學(xué)術(shù)交流、技術(shù)交流與應(yīng)用推廣；促進(jìn)我國超材料研究的知識(shí)創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新以及應(yīng)用發(fā)展。大會(huì)議題包括：電磁、太赫茲、光學(xué)、力學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)超材料，超材料測試與加工技術(shù)、超材料應(yīng)用技術(shù)，超表面、等離激元、光子晶體、吸波材料、分級(jí)微納超結(jié)構(gòu)等。另外，大會(huì)面向碩士和博士研究生設(shè)置了研究生論壇；邀請(qǐng)科研院所、科技型企業(yè)等發(fā)布超材料應(yīng)用需求，開展技術(shù)推介。
邀請(qǐng)報(bào)告摘要下載>
座無虛席
繁忙的前期準(zhǔn)備工作
展開 .》: 揭示可切換超疏/超親水智能表面抗菌抗細(xì)菌黏附性的差異和關(guān)聯(lián)
近年來，鈦基材料被廣泛地應(yīng)用在化工、航空、海航運(yùn)輸及生物醫(yī)療等領(lǐng)域。然而，細(xì)菌附著在鈦基材料表面會(huì)形成微生物腐蝕或有害細(xì)菌傳染等問題，嚴(yán)重危害著人類的健康和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。構(gòu)筑負(fù)載各類抗菌劑的超疏水或超親水TiO2納米管陣列表面是被廣泛應(yīng)用于鈦基材料表面實(shí)現(xiàn)其抗細(xì)菌黏附的有效策略之一，且基于TiO2的光敏性可在同一材料表面實(shí)現(xiàn)超疏水/超親水的智能切換，有以下科學(xué)問題需要進(jìn)一步探究和揭示：1.太陽光照射下TiO2的量子產(chǎn)率極低情況下，如何提升其釋放活性氧(ROS)抗菌能力？2.可切換超疏/超親水智能表面的抗菌和抗細(xì)菌黏附性有何差異和關(guān)聯(lián)？
近期，廣州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院劉自力和林璟等為揭示可切換超疏/超親水智能表面抗菌抗細(xì)菌黏附性的差異和關(guān)聯(lián)，在Chemical Engineering Journal期刊上(IF=13.273)發(fā)表論文，題名為
Difference and association of antibacterial and bacterial anti-adhesive performances between smart Ag/AgCl/TiO
2
composite surfaces with switchable wettability
，探究和揭示了以上兩個(gè)科學(xué)問題，其智能材料的制備流程和相關(guān)機(jī)制示意圖如圖1所示：
圖1：抗菌防黏附智能表面的制備
結(jié)果發(fā)現(xiàn)：
1. 如何提升太陽光照射下TiO2的量子產(chǎn)率，以提升其釋放ROS抗菌能力？
展開 
超表面空間板的建模
造成這種情況的原因有很多：便攜式設(shè)備的光學(xué)元件安裝空間較小，而較小的系統(tǒng)往往具有較低的重量和材料成本。最近在這一領(lǐng)域提出的一種巧妙的策略是“空間板”：超表面允許在自由空間中模擬比空間板的實(shí)際厚度長得多的傳播。例如，這樣的元件可以縮短聚焦透鏡后的距離同時(shí)實(shí)現(xiàn)聚焦(不改變NA)。在這個(gè)例子中，我們展示了由Orad Reshef等人提出的多層超材料的空間板的特性，并研究了其在光學(xué)建模和設(shè)計(jì)軟件VirtualLab Fusion中的行為。
JCMsuite應(yīng)用：介質(zhì)超表面的仿真
這是一個(gè)簡單但常見的超原子結(jié)構(gòu)的案例：襯底上包含一個(gè)納米圓盤的雙重周期方形晶格。示例和參數(shù)均取自Berzins等的文章[1]，單元格在X和Y方向上均是周期性的。它包含一個(gè)位于基板上的圓盤(或圓柱體)，被背景材料包圍。本案例中的材料根據(jù)參考文獻(xiàn)選擇為硅(圓盤)、玻璃(襯底)和空氣(背景)。
線偏振平面波s偏光和p偏光從上方入射到光柵，用JCMsuite計(jì)算近場分布。
下圖所示為垂直入射平面波的波長為550nm時(shí)所顯示的近場和強(qiáng)度分布：
散射體外的場矢量和強(qiáng)度分布
兩個(gè)平面上的p偏光的場矢量以幾何形式疊加
后處理傅里葉變換(Fourier Transform)計(jì)算透射衍射階的振幅。后處理散射矩陣(Scattering Matrix）從傅里葉變換(Fourier Transform)中得到的平面波分解從而計(jì)算散射量。
光譜特性
在參考文獻(xiàn) [1]中，對(duì)透射光譜進(jìn)行了調(diào)整以提供顏色過濾。腳本data_analysis/run_scan_illumination.py的目的是重現(xiàn)文章中圖1的光譜圖。
相位分布
要改變透射波前的形狀，需要控制其相應(yīng)的相位。對(duì)于一個(gè)給定的結(jié)構(gòu)，我們從瓊斯矩陣中得到這個(gè)相位，這個(gè)矩陣是由后處理散射矩陣(ScatteringMatrix.)計(jì)算出來的。這為任意兩個(gè)線性獨(dú)立入射場的透射階的p和s偏振分量產(chǎn)生了一個(gè)復(fù)透射系數(shù)。它的相位是透射波相對(duì)于入射波的相移。雖然絕對(duì)相位很少引起人們的興趣，但它對(duì)原子參數(shù)和入射光的變化關(guān)系通常是令人感興趣的。
展開 10，comsol超表面-仿真石墨烯 ￥2395
在之前兩篇帖子中介紹了仿真石墨烯的兩種方法
1，根據(jù)公式求解電導(dǎo)率，然后代入公式求解相對(duì)介電常數(shù)，最終處理成面材料。
2，根據(jù)公式求解電導(dǎo)率，然后代入公式求解相對(duì)介電常數(shù)，最終處理成體材料，用掃略網(wǎng)格剖分石墨烯節(jié)省計(jì)算量。
不管哪種方法，都要把電導(dǎo)率轉(zhuǎn)換為相對(duì)介電常數(shù)，但有的文章中并沒有給出石墨烯的厚度，而將電導(dǎo)率轉(zhuǎn)換為相對(duì)介電常數(shù)的公式中分母要輸入石墨烯厚度，那么該怎么辦呢？
此時(shí)可以選擇舍棄求相對(duì)介電常數(shù)，直接在comsol中設(shè)置石墨烯為表面電流密度，在這個(gè)設(shè)置中就只需要用到石墨烯的電導(dǎo)率，不需要石墨烯的厚度參數(shù)。
比如下面這篇文章《All-Optical AND, OR, and XOR Logic Gates Based on Coherent Perfect Absorption in Graphene-Based Metasurface at Terahertz Region》
基于石墨烯超表面相干完全吸收的全光與或或異或邏輯門.pdf
下面是我重復(fù)的結(jié)果展示（盡管文章給了石墨烯厚度，但沒給出從電導(dǎo)率到相對(duì)介電常數(shù)的公式，所以我把石墨烯處理成表面電流邊界條件）
粗看仿真結(jié)果一樣，細(xì)看就會(huì)發(fā)現(xiàn)有點(diǎn)不同。原因源自兩方面，1，作者用的FDTD，我用的comsol。2，為了節(jié)省時(shí)間，網(wǎng)格并沒有畫的很密。
本文的仿真難點(diǎn)
復(fù)現(xiàn)該文的難點(diǎn)在于，如下圖，有兩束光照射到超材料上，求SiO2表面上的石墨烯的吸收率。如何在comsol中設(shè)置兩束光，同時(shí)設(shè)置兩束光后，是用S參數(shù)去求吸收率嗎？可以去試試S參數(shù)求吸收率，看看會(huì)得到什么。如果不能用S參數(shù)求，那該怎么求吸收率？答案在下面的模型中
下面是付費(fèi)內(nèi)容，包含模型如下
展開 JCMsuite應(yīng)用：介質(zhì)超表面的仿真
這是一個(gè)簡單但常見的超原子結(jié)構(gòu)的案例：襯底上包含一個(gè)納米圓盤的雙重周期方形晶格。示例和參數(shù)均取自Berzins等的文章[1]，單元格在X和Y方向上均是周期性的。它包含一個(gè)位于基板上的圓盤(或圓柱體)，被背景材料包圍。本案例中的材料根據(jù)參考文獻(xiàn)選擇為硅(圓盤)、玻璃(襯底)和空氣(背景)。
線偏振平面波s偏光和p偏光從上方入射到光柵，用JCMsuite計(jì)算近場分布。
下圖所示為垂直入射平面波的波長為550nm時(shí)所顯示的近場和強(qiáng)度分布：
散射體外的場矢量和強(qiáng)度分布
兩個(gè)平面上的p偏光的場矢量以幾何形式疊加
后處理傅里葉變換(Fourier Transform)計(jì)算透射衍射階的振幅。后處理散射矩陣(Scattering Matrix）從傅里葉變換(Fourier Transform)中得到的平面波分解從而計(jì)算散射量。
光譜特性
在參考文獻(xiàn) [1]中，對(duì)透射光譜進(jìn)行了調(diào)整以提供顏色過濾。腳本data_analysis/run_scan_illumination.py的目的是重現(xiàn)文章中圖1的光譜圖。
相位分布
要改變透射波前的形狀，需要控制其相應(yīng)的相位。對(duì)于一個(gè)給定的結(jié)構(gòu)，我們從瓊斯矩陣中得到這個(gè)相位，這個(gè)矩陣是由后處理散射矩陣(ScatteringMatrix.)計(jì)算出來的。這為任意兩個(gè)線性獨(dú)立入射場的透射階的p和s偏振分量產(chǎn)生了一個(gè)復(fù)透射系數(shù)。它的相位是透射波相對(duì)于入射波的相移。雖然絕對(duì)相位很少引起人們的興趣，但它對(duì)原子參數(shù)和入射光的變化關(guān)系通常是令人感興趣的。
下圖描繪了透射系數(shù)的幅值和相位(由于對(duì)稱性，這與偏振性無關(guān)):
這個(gè)圖也是由腳本data_analysis/run_scan_illumination.py生成的。
納米片半徑和高度的變化會(huì)影響相位和透射率。
展開 