CN109599649A - 一种基于旋磁材料的拓扑谐振腔 - Google Patents
一种基于旋磁材料的拓扑谐振腔 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109599649A CN109599649A CN201811518775.2A CN201811518775A CN109599649A CN 109599649 A CN109599649 A CN 109599649A CN 201811518775 A CN201811518775 A CN 201811518775A CN 109599649 A CN109599649 A CN 109599649A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- resonant cavity
- array
- gyromagnetic material
- topological
- ferrite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 claims abstract description 40
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 claims description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 2
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 claims description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 25
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 17
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 11
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 10
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 3
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000004925 denaturation Methods 0.000 description 1
- 230000036425 denaturation Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- MTRJKZUDDJZTLA-UHFFFAOYSA-N iron yttrium Chemical compound [Fe].[Y] MTRJKZUDDJZTLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000017260 vegetative to reproductive phase transition of meristem Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P7/00—Resonators of the waveguide type
- H01P7/06—Cavity resonators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P7/00—Resonators of the waveguide type
Landscapes
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于旋磁材料的拓扑谐振腔，所述拓扑谐振腔由旋磁材料组成的封闭阵列构成；所述旋磁材料阵列具有几何结构可变性，典型为环形阵列；所述旋磁材料阵列包括有通孔的基材和铁氧体柱组成；所述旋磁材料阵列的一侧边界上铁氧体柱的横截面大小不同于其它铁氧体柱，典型为小于。本发明可以实现单向行波传输的回音壁模式谐振。若去掉一侧边界上的某个铁氧体柱或在边界上插入金属薄片，不会改变其单向传输的谐振特性。
Description
技术领域
本发明属于光子晶体谐振腔技术领域，特别是涉及一种利用可调旋磁材料实现具有波束单向行波传输的拓扑谐振腔。
背景技术
诸多研究成果利用各项同性介质材料实现光子晶体谐振腔设计，该类结构中传输能量是驻波模式，对结构缺陷不具有鲁棒性。铁氧体材料是第一个实验验证了具有类量子霍尔效应的电磁单向边缘态的主要媒质。后来有学者利用铁氧体实现单向谐振腔，但是该结构中需要利用介质型光子晶体等限制层限制旋磁材料阵列能量的辐射，才能获得谐振效应，制作复杂，并且谐振腔的几何结构一般为特定结构，如三角形、正方形、六边形等。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明提供一种新型的结构简单的基于旋磁材料实现的拓扑谐振腔。该结构具有回音壁谐振模式，具有单向行波传输特性，对缺陷具有鲁棒性，具有几何结构可变性。
技术方案：
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种基于旋磁材料的拓扑谐振腔，所述拓扑谐振腔由旋磁材料组成的封闭阵列构成；所述旋磁材料阵列具有几何结构可变性，典型为环形阵列；所述旋磁材料阵列包括有通孔的基材和铁氧体柱组成；所述旋磁材料阵列的一侧边界上的铁氧体柱的横截面大小不同于其它铁氧体柱。
进一步的，一侧边界上铁氧体柱的横截面小于其它铁氧体柱，更进一步，一侧边界可以是内侧边界或外侧边界。
进一步的，所述旋磁材料阵列相邻层与层间的轴向间距相同。
进一步的，不同层上相邻铁氧体柱之间的间距不同，随层数梯度变化。
进一步的，谐振腔具有回音壁模式。更进一步，具有逆时针或者顺时针单向行波模式。
进一步的，谐振时一侧边界上的铁氧体柱能量具有自旋特性。
进一步的，所述铁氧体柱的材料为软磁。更进一步地，所述铁氧体柱的材料为钇铁石榴石铁氧体。
进一步的，所述铁氧体柱的形状为规则柱体，典型为圆柱体。
进一步的，所述铁氧体柱具有有限高度，典型为10mm。
进一步的，对所述铁氧体柱施加外加偏置磁场，典型为700oe。
进一步的，所述基材的介电常数介于1.0-1.2之间，典型为泡沫。
工作原理：在外加磁场作用下,旋磁材料阵列具有类霍尔效应的单向传输现象。基于该原理，设计、优化阵列结构，本发明具有回音壁模式的谐振，谐振能量具有逆时针或者顺时针的单向行波模式。能量对缺陷具有免疫性，即鲁棒性。且该谐振腔具有一定的几何结构可变性。
有益效果：
本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：相比一般介质型谐振腔，本发明的谐振模式具有单向行波传输特性。相比已经提出的旋磁材料谐振腔，避免了使用介质型光子晶体等限制层抑制电磁波的空间辐射，并且不需要一定是三角形、正方形、六边形等特定几何结构，具有几何结构可变性。该发明具有结构简单，加工容易，成本低廉，易于实现等优势。
附图说明
图1示出了典型的拓扑谐振腔的二维环形结构示意图。
图2示出了品质因子和频率的关系图。
图3(A)示出了图2中模式A的能量仿真结果图，箭头表示能流方向。
图3(B)示出了图2中模式B的能量仿真结果图，箭头表示能流方向。
图3(C)示出了图2中模式C的能量仿真结果图，箭头表示能流方向。
图3(D)示出了图2中模式D的能量仿真结果图，箭头表示能流方向。
图3(E)示出了图2中模式E的能量仿真结果图，箭头表示能流方向。
图4示出了内侧边界去掉一铁氧体圆柱体时，模式A情况下单向传输能流仿真图。
图5示出了内侧边界插入金属薄片时，模式A情况下单向传输能流仿真图。
图6示出了谐振腔为非特定结构时，模式A情况下能量传输仿真图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
本申请受国家自然科学基金(61701187)、江苏省高校自然科学基金(16KJB510004，15KJA460004,18KJA140001)资助。
本发明一种基于旋磁材料的拓扑谐振腔，其特征在于，
(1)所述拓扑谐振腔，由旋磁材料阵列构成；
(2)所述旋磁材料阵列具有几何结构可变性，典型结构为环形；
(3)所述旋磁材料阵列包括有通孔的基材和铁氧体柱组成；
(4)所述旋磁材料阵列,一侧边界上的铁氧体柱的横截面大小不同于其它铁氧体，典型为小于。进一步，一侧边界可以是内侧边界，也可以是外侧边界。
结合附图说明一种实现本发明的具体方案如下：
如图1所示，本实施例中,其主要包括阵列铁氧体柱1和泡沫材质2,铁氧体圆柱体1位于泡沫材质2的通孔中。旋磁材料阵列为环形阵列,阵列一层中一周有120个铁氧体柱。相邻层与层之间的间距相同a＝15mm。每层上相邻铁氧体柱之间的距离相同,最外层圆柱间距离为a。随着层数由外向内变化，每层上相邻铁氧体柱之间的间距逐渐变小。r1为最内侧边界上铁氧体柱的横向界面半径，r2为除最内侧边界外其它铁氧体柱的横向界面半径。r1＝2.8mm；r2＝3.3mm。铁氧体柱的高度为10mm。加外加偏置磁场为700Oe。介电常数为15.26。本实施例的铁氧体柱为圆柱体。
图2示出了品质因子和频率的关系图。由图可见，该结构具有多种模式，该谐振腔主要有5种谐振模式，如图中所示。在不同的频率处，品质因子大小不同。
图3(A)示出了图2中模式A的能量仿真结果图。箭头表示能流方向。能量主要集中在最内侧圆柱上，该圆柱的能量具有自旋特性(如图中插图所示)。结构中能量逆时针行波传输，即能量单向传输。
图3(B)示出了图2中模式B的能量仿真结果图。能量主要集中在内侧空气中，能量是逆时针行波单向传输。最内侧圆柱上能量具有自旋特性(如图中插图所示)，整体为顺时针单向传输。
图3(C)示出了图2中模式C的能量仿真结果图。谐振能量主要集中环内空气中，共2层能量环，能量主要集中在最内侧，是逆时针行波单向传输。而最内侧圆柱上能量具有自旋特性(如图中插图所示)，整体为顺时针单向传输。
图3(D)示出了图2中模式D的能量仿真结果图。谐振能量主要集中环内空气中，共4层能量环，能量主要集中在最内侧，是逆时针行波单向传输。而最内侧圆柱上能量具有自旋特性(如图中插图所示)，整体为顺时针单向传输。
图3(E)示出了图2中模式E的能量仿真结果图。谐振能量主要集中环内空气中，是顺时针单向传输。而最内侧圆柱上能量具有自旋特性(如图中插图所示)，整体为顺时针单向传输，但是能量很弱。
图4示出了内侧边界上去掉一铁氧体圆柱体时，模式A中单向传输能流仿真图。能量经过点缺陷位置时，自动选着路径绕开缺陷，能量有所衰减，但是不会产生任何背向散射场，继续沿着边界逆时针单向传输。细节如图中插图所示。
图5示出了内侧边界插入金属薄片时，模式A中单向传输能流仿真图。经过金属薄片位置时，自动选着路径绕开障碍物，能量有所衰减，但是不会产生任何背向散射场，继续沿着边界逆时针单向传输。细节如图中插图所示。
图6示出了谐振腔为非特定结构时，模式A情况下结构中能量传输仿真图。该谐振结构由两个不同半圆部分以及直线传输部分组成。存在一定的几何不规则性。由图可见，能量依然保持着单向谐振模式传输。
Claims (8)
1.一种基于旋磁材料的拓扑谐振腔，其特征在于，所述拓扑谐振腔由旋磁材料组成的封闭阵列构成；所述封闭阵列具有几何结构可变性；所述磁性材料阵列包括有通孔的基材和铁氧体柱组成；所述磁性阵列的一侧边界上铁氧体柱的横截面大小不同于其它铁氧体柱。
2.根据权利要求1所述的一种基于旋磁材料的拓扑谐振腔，其特征在于：所述旋磁材料阵列的一侧边界上铁氧体柱的横截面小于其它铁氧体柱。
3.根据权利要求1所述的一种基于旋磁材料的拓扑谐振腔，其特征在于：所述一侧边界为内侧边界或外侧边界。
4.根据权利要求1所述的一种基于旋磁材料的拓扑谐振腔，其特征在于：所述铁氧体柱的材料为软磁。
5.根据权利要求1所述的一种基于旋磁材料的拓扑谐振腔，其特征在于：对所述铁氧体柱施加外加偏置磁场。
6.根据权利要求1所述的一种基于磁性光子晶体的拓扑谐振腔，其特征在于：所述封闭阵列的形状为环形阵列。
7.根据权利要求1所述的一种基于旋磁材料的拓扑谐振腔，其特征在于：所述封闭阵列中相邻层与层之间的轴向间距相同。
8.根据权利要求1所述的一种基于旋磁材料的拓扑谐振腔，其特征在于：所述封闭阵列中不同层上的相邻铁氧体柱之间的间距不同，所述间距随层数梯度变化。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811518775.2A CN109599649B (zh) | 2018-12-12 | 2018-12-12 | 一种基于旋磁材料的拓扑谐振腔 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811518775.2A CN109599649B (zh) | 2018-12-12 | 2018-12-12 | 一种基于旋磁材料的拓扑谐振腔 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109599649A true CN109599649A (zh) | 2019-04-09 |
| CN109599649B CN109599649B (zh) | 2023-11-28 |
Family
ID=65960669
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811518775.2A Active CN109599649B (zh) | 2018-12-12 | 2018-12-12 | 一种基于旋磁材料的拓扑谐振腔 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109599649B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114839719A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-08-02 | 天津大学 | 一种基于拓扑旋磁光子晶体单向大面积t-型波导分束器 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100067842A1 (en) * | 2007-09-17 | 2010-03-18 | Seidman Abraham N | Steerable, thin far-field electromagnetic beam |
| WO2010077562A2 (en) * | 2008-12-08 | 2010-07-08 | Massachusetts Institute Of Technology | One-way waveguides using gyrotropic photonic crystals |
| CN103001003A (zh) * | 2012-12-13 | 2013-03-27 | 大连理工大学 | 基于拓扑和石墨烯材料的具有可调谐梯度力阱的人工电磁超材料 |
| CN104466323A (zh) * | 2014-12-22 | 2015-03-25 | 淮阴师范学院 | 基于表面修饰的磁性光子晶体自导单向边缘态传输方法 |
| CN107015295A (zh) * | 2017-05-31 | 2017-08-04 | 淮阴师范学院 | 一种蜂窝结构旋磁光子晶体单向体波传输方法 |
| CN107908021A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-04-13 | 深圳大学 | 基于光子晶体波导的t字型光子晶体环行器 |
-
2018
- 2018-12-12 CN CN201811518775.2A patent/CN109599649B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100067842A1 (en) * | 2007-09-17 | 2010-03-18 | Seidman Abraham N | Steerable, thin far-field electromagnetic beam |
| WO2010077562A2 (en) * | 2008-12-08 | 2010-07-08 | Massachusetts Institute Of Technology | One-way waveguides using gyrotropic photonic crystals |
| CN103001003A (zh) * | 2012-12-13 | 2013-03-27 | 大连理工大学 | 基于拓扑和石墨烯材料的具有可调谐梯度力阱的人工电磁超材料 |
| CN104466323A (zh) * | 2014-12-22 | 2015-03-25 | 淮阴师范学院 | 基于表面修饰的磁性光子晶体自导单向边缘态传输方法 |
| CN107015295A (zh) * | 2017-05-31 | 2017-08-04 | 淮阴师范学院 | 一种蜂窝结构旋磁光子晶体单向体波传输方法 |
| CN107908021A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-04-13 | 深圳大学 | 基于光子晶体波导的t字型光子晶体环行器 |
Non-Patent Citations (8)
| Title |
|---|
| MOHAMMAD NUR-E-ALAM ET AL: ""Nano-structured magnetic photonic cryctals for magneto-optic polarization controllers at the communication-band wavelengths"", 《2009 9TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON NUMERICAL SIMULATION OF OPTOELECTRONIC DEVICES》 * |
| ZHANG YONG ET AL: ""magnetic field sensor based on photonic crystal fiber taper coated with ferrofluid"", 《IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS》 * |
| ZHANG YONG ET AL: ""magnetic field sensor based on photonic crystal fiber taper coated with ferrofluid"", 《IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS》, vol. 27, no. 1, 1 January 2015 (2015-01-01), pages 26 - 29, XP011566499, DOI: 10.1109/LPT.2014.2360531 * |
| 仇善良: ""光学回音壁模微腔模式特性的理论研究与优化设计"", 《中国博士学位论文全文数据库（电子期刊）》 * |
| 仇善良: ""光学回音壁模微腔模式特性的理论研究与优化设计"", 《中国博士学位论文全文数据库（电子期刊）》, no. 10, 31 October 2010 (2010-10-31), pages 005 - 23 * |
| 夏玉玺等: ""206GHz光子带隙谐振腔回旋管"", 《强激光与粒子束》, vol. 24, no. 2, pages 431 - 435 * |
| 张颜颜: ""光子晶体回旋管相关问题的研究"", 《中国博士学位论文全文数据库》 * |
| 张颜颜: ""光子晶体回旋管相关问题的研究"", 《中国博士学位论文全文数据库》, no. 2, 15 February 2017 (2017-02-15), pages 135 - 11 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114839719A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-08-02 | 天津大学 | 一种基于拓扑旋磁光子晶体单向大面积t-型波导分束器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109599649B (zh) | 2023-11-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6179919B2 (ja) | スキルミオンの生成、消去方法および磁気素子 | |
| CN109599649A (zh) | 一种基于旋磁材料的拓扑谐振腔 | |
| RU2016101066A (ru) | Градиентная катушка магнитно-резонансной визуализации | |
| Schwarze et al. | Complete band gaps for magnetostatic forward volume waves in a two-dimensional magnonic crystal | |
| GB201209081D0 (en) | Spin logic based on persistent spin helices | |
| US9627111B2 (en) | Magnetic member and electronic component | |
| CN104466323B (zh) | 基于表面修饰的磁性光子晶体自导单向边缘态传输方法 | |
| CN105445683A (zh) | 一种柱面横向自屏蔽梯度线圈设计方法 | |
| JP2016526411A5 (zh) | ||
| WO2001099099A3 (en) | Magnetic multilayer structure with improved magnetic field range | |
| CN106291007B (zh) | 一种磁屏蔽装置 | |
| CN102478647B (zh) | Mri用超导磁体的调整方法 | |
| CN106529100B (zh) | 一种基于有限元分析螺管超导磁体线圈磁场仿真方法 | |
| US20190170408A1 (en) | Magnetocaloric cycle device and element bed for the same | |
| Fomin et al. | Micromagnetic states in Fe (001) rectangular epitaxial microstructures: The effect of magnetic anisotropy and aspect ratio | |
| US8895161B2 (en) | Ferromagnetic graphenes and spin valve devices including the same | |
| Schüler et al. | Observation of quantum states without a semiclassical equivalence bound by a magnetic field gradient | |
| US12022744B2 (en) | Core magnetization reversal method of skyrmion and data storage device using the method | |
| CN105806933A (zh) | 一种非铁磁性薄壁管缺陷检测的内穿式巨磁阻阵列探头 | |
| JP2020526243A5 (zh) | ||
| JP2018503308A5 (zh) | ||
| CN105938748A (zh) | 复合磁片及使用该复合磁片的磁介质天线 | |
| Dagras et al. | The influence of thermal activation and the intrinsic temperature dependence of the spin torque effect in current-induced domain wall motion | |
| CN102606746A (zh) | 声密封装置的密封方法 | |
| Gamouh et al. | Microwave biosensor based on a double metamaterial particle |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |