[論文レビュー] Metamaterials with interacting Metaatoms

A. Chipouline, Srikanth Sugavanam+2 more|arXiv (Cornell University)|May 30, 2012

Metamaterials and Metasurfaces Applications参考文献 10被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、周期的に配置された同一の層のみに横方向の結合があると仮定して、近接場相互作用を受けるメタアトムを有するメタマテリアルの解析的 multipoleに基づく均質化モデルを提案する。相互作用が空間分散を引き起こし、k-ベクトルの実部と虚部の両方がほぼ同じ割合で増加することを示している。これは、分散特性が変更されたとしても、分解能向上の限界を生じさせることを示している。

ABSTRACT

An analytical model for homogenization of Metamaterials (MM) with interacting Metaatoms (MA) is developed based on multipole approach for bulk media. The interaction is assumed to be near field type. i.e. no retardation in lateral direction between adjacent MAs is assumed. The interaction takes place between the adjacent MAs only in lateral (perpendicular to the propagation) direction; the considered MM is supposed to consist of non-interacting identical layers with periodically spaced MAs. It is shown, that the interaction between MAs leads to significant changes of dispersion characteristics, in particular, appearance of the spatial dispersion is emphasized. The results indicate increase of the available real part of the k vector values and increase of imaginary part by the approximately same percentage, which leads to the final conclusion that the effect of coupling does not provide extra opportunities for the resolution enhancement.

研究の動機と目的

• 近接場結合を受けるメタアトムを有するメタマテリアルの均質化モデルを開発すること。
• 伝搬方向に垂直な（横方向の）相互作用が分散特性に与える影響を分析すること。
• メタアトム間の結合が、従来の限界を超えて分解能を向上させるかどうかを評価すること。
• メタアトム結合によるメタマテリアルにおける空間分散の役割を調査すること。

提案手法

• メタマテリアル内のメタアトム間の電磁気的相互作用をモデル化するために、multipole展開法を用いる。
• 隣接するメタアトム間の横方向（垂直方向）にのみ、非遅延的・近接場結合を仮定する。
• メタマテリアルを、メタアトムを含む同一で周期的に配置された層の積層構造としてモデル化する。
• 相互作用の仮定に基づき、均質化技術を適用して有効媒質パラメータを導出する。
• 特にk-ベクトル成分に注目し、得られる分散関係を検討する。
• 遅延効果を無視して、伝搬方向における影響を省いた横方向結合に限定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 メタアトム間の近接場横方向相互作用は、メタマテリアルの有効分散特性にどのように影響するか？
• RQ2 メタアトムの結合は、有効媒質にどの程度空間分散を導入するか？
• RQ3 メタアトム間の結合が、回折限界を超えた分解能向上をもたらすか？
• RQ4 相互作用がk-ベクトルの実部と虚部に及ぼす定量的影響は何か？

主な発見

• メタアトム間の相互作用により、有効媒質に顕著な空間分散が生じ、分散特性が変化する。
• k-ベクトルの実部の増加率は、虚部の増加率とほぼ同じである。
• 実部と虚部の両方が対称的に増加するため、分解能向上の可能性が制限される。
• モデルは、結合が超解像イメージングに追加の利点を提供しないことを確認している。
• 非遅延的・横方向のみの結合を仮定した場合、結果は一貫している。
• 解析的フレームワークは、相互作用するメタアトムを用いたメタマテリアルの有効光学的性質を予測する基盤を提供する。