חיפוש חדש  חזור
מידע אישי לתלמיד

שנה"ל תשע"ט

  חומרים מלאכותיים - שיטות אנליטיות בתווך מורכב
  Artificial Materials - Analytical Modelling in Complex Media  
0510-7820-01
הנדסה | ביה"ס להנדסת חשמל
סמ'  ב'1800-2000120 ולפסון הנדסהשיעור ד"ר חדד יקיר
ש"ס:  2.0

סילבוס מקוצר

דרישות קדם: 0512.2525 שדות אלקטרומגנטיים

                   תמסורת גלים ומערכות מפולגות        0512.3526                    

דרישות קדם: שדות אלקטרומגנטיים,  גלים ומערכות מפולגות (או קורסים מקבילים)

ננופוטוניקה יחד עם ההתקדמות הטכנולוגית בשיטות פבריקציה ננומטריות הציתו עניין רב בתחום של חומרים מלאכותיים (מטא-חומרים) שמתוכננים לספק אפקטיבית תכונות חשמליות שלא קיימות בטבע. מבנים אלו מעניינים גם בתדרי מיקרוגל ולמעשה שם כיום נמצאות רוב האפליקציות. מבנים מלאכותיים כוללים לפחות שתי סקאלות גודל שונות מאוד, תא-יחידה שקטן בהרבה מאורך הגל והמבנה השלם שיכול להיות גדול מסדר גודל של אורך גל או הרבה יותר. ע"כ ניתוח אנליטי מדויק כמו גם נומרי מלא של מבנים אלו הוא מאתגר.

בקורס זה נעקוב אחר הספרות [1-4] וננסה לצייר תמונה של הבעיות שהתחום של חומרים מלאכותיים (מטא-חומרים) בא לפתור יחד עם גישות מקורבות ואנליטיות למחצה שפותחו ומשמשות לניתוח של מבנים מורכבים אלו. באופן ספציפי בתחילת הקורס נדון ביחסי חוקה "מורכבים", דיספרסיה מרחבית לעומת דיספרסיה זמנית, יחסי קרמר קרונינג, חסמים על יחסי החוקה, לאחר מכן נעבור לדבר על גישות שונות לטיפול במשטחים דקים, ממשקים בין תווכים שונים, מבנים מחזוריים ומשם נגיע לחומרים מלאכותיים, וגישות הומוגניזציה בסיסיות. נסיים את הקורס במספר אפליקציות כגון חומרים עם מקדם שבירה שלילי, מגנטיות מלאכותית באופטיקה, מולכים מגנטיים מלאכותיים, עדשות דקות, בולעים מושלמים וכו'

ציון בקורס יינתן על כממוצע בין ציון תרגילי בית,  4-5 במהלך הקורס (40%), ועבודת גמר (60%).

Course description

The field of nanophotonics, together with recent significant advances in nanofabrication techniques, sparks a lot of interest in artificial materials that are designed to have unique properties that cannot be found in nature. These materials are termed metamaterials or metasurfaces, and consist of at least two scales of structure, “micro” and “macro”. Interest in these types of structures is not only limited to nanophotonics, but also to microwave engineering, where, in fact, applications are more straightforward. Applications include perfect absorbers; high impedance surfaces for simulating magnetic conductors, specifically tailored surface impedance for anomalous manipulation of wave propagation, thin lenses, and more. However, unfortunately due to their high structural complexity, exact analysis of these structures is challenging. Exact analytic methods are typically rare, whereas numerical methods are typically too time consuming due to the multi-scale nature of the structures and, moreover, convey less physical insight, which is essential for design purposes.

 

In this course we will follow four main references [1-4] and try to convey a picture of the issues that the field of metamaterials is resolving together with approximated analytical approaches that have been developed to handle these types of complex structures. More specifically, the course will begin with presenting basic ideas that are especially relevant for composite media characterization, such as different types of constitutive relations, spatial dispersion vs temporal dispersion, Kramer Kroning's relations, etc, followed by different approaches to modelling thin layers and sheets, approximate analytical modeling of interfaces, periodic structures and composite materials (metamaterials), and basic homogenization techniques, and concluding with current and future applications.

סילבוס מפורט

הנדסה | ביה"ס להנדסת חשמל
0510-7820-01 חומרים מלאכותיים - שיטות אנליטיות בתווך מורכב
Artificial Materials - Analytical Modelling in Complex Media
שנה"ל תשע"ט | סמ'  ב' | ד"ר חדד יקיר

סילבוס מפורט/דף מידע

Course skeleton:

 

Week #

Lecture title

Lecture subjects

1.

Introduction

Motivation, limitations of conventional materials, and some historical background of metamaterials

2.

Constitutive relations

“Advanced” constitutive relations, temporal dispersion, Kramer Kroning’s relations, analytical properties of , bounds, spatial dispersion and implications 

3.

Constitutive relations – cont.

 

4.

Thin layers and sheets

Tretyakov Ch. 2

5.

Interfaces and higher order boundary conditions

Tretyakov Ch. 3

6.

The meta-atom and metamaterial

Polarizability theory, the optical theorem and radiation correction, connection to Mie series, and discrete dipole approximation, examples loaded dipole, ring, split ring resonator, plasmonic sphere

7.

Periodic structures, arrays, and meshes

Tretyakov Ch. 4

8.

Composite materials – homogenization techniques

Tretyakov Ch. 5, Sihvola

9.

Composite materials – homogenization techniques – cont.

Tretyakov Ch. 5, Sihvola

10.

Applications in metamaterials and artificial impedance layers

Mostly - Tretyakov Ch. 6

Thin lens, super absorbers, artificial magnetic conductors

11.

Applications in metamaterials and artificial impedance layers – cont.

Mostly - Tretyakov Ch. 6

Thin lens, super absorbers, artificial magnetic conductors

12.

Some more exotic metamaterials

Negative refractive index, artificial magnetism in optics

13.

Recent advances in metamaterials and outlook

 

להצהרת הנגישות


אוניברסיטת ת