Poynting for Microwave 解析事例
負の屈折率を持つメタマテリアルプリズム

メタマテリアルとは

• 媒質は、その電磁気的特性(誘電率 ε、透磁率 μ)に応じて下図のように分類できる。
• 金属ワイヤや分割リングで微細構造を作ることにより、(ある周波数で)媒質の電気的特性はコントロールできる。
• そのような微細構造を持つ人工的な複合材料・物質は、「メタマテリアル」と呼ばれる。
• 特にDNG媒質の特性をもつメタマテリアルは、自然界にある通常の媒質にはない特性を実現できるため、近年、さまざまな分野で注目されている。

DNGメタマテリアルの代表例

分割リング(SRR)とワイヤの組合せ

DNGメタマテリアルの特徴

• 特定の周波数領域で ε と μ 両方が負⇒負の屈折率が実現できる。
• 応用例：プリズム、完全レンズ、Cloakingによる不可視化
• たとえば、負の屈折率を持つプリズムは下図のように振舞う。

Poynting GUIによるモデル化

SRR＋ワイヤモデル1セル分の作成

プリズム形状の作成

解析モデル

負の屈折率を持つプリズムモデル

数値波源：数値データを励振源の空間分布としてインポート可能

シミュレーション結果

正の屈折率

負の屈折率

まとめ

• PoyntingによるDNGメタマテリアルの電磁界シミュレーション
• 分割リング＋ワイヤ型のメタマテリアルプリズムのモデリング
• 屈折現象の周波数依存性を確認
• 負の屈折率を再現

参考文献

• R. A. Shelby, D. R. Smith, S. Schultz, “Experimental verification of a negative index of refraction”, Science, vol..292, 2001, pp.77-79.
• R.A. Shelby, et.al., “Microwave transmission through a two-dimensional, isotropic, heft-handed metamaterial, Applied Physics Letter, Vol. 78, No. 4, 2001, pp.489-491.
• C. D. Moss, et. al., “Numerical Studies of left handed metamaterials”, Progress in electromagnetic research, PIER 35, pp.315-334, 2002.
• C. G. Parazzoli, et. al., “Experimental verification and simulation of negative index of refraction using Snell’s law”, Physical Review Letters, vol.90, no.10, 2003.
• D. R. Smith, et.al., “Electromagnetic parameter retrieval from inhomogeneous metamaterial, Physical Review, vol.71, 036617, 2005.
• N. Engheta, R.W. Ziolkowski, “Metamaterials: Physics and Engineering Explorations”, Wiley-IEEE Press, 2006.