KR102046102B1 - 메타물질의 코일 기반 인공원자, 이를 포함하는 메타물질 및 소자 - Google Patents

메타물질의 코일 기반 인공원자, 이를 포함하는 메타물질 및 소자 Download PDF

Info

Publication number
KR102046102B1
KR102046102B1 KR1020130019372A KR20130019372A KR102046102B1 KR 102046102 B1 KR102046102 B1 KR 102046102B1 KR 1020130019372 A KR1020130019372 A KR 1020130019372A KR 20130019372 A KR20130019372 A KR 20130019372A KR 102046102 B1 KR102046102 B1 KR 102046102B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
coiling
coil
wave
artificial atom
unit
Prior art date
Application number
KR1020130019372A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130105358A (ko
Inventor
한승훈
젠센 찬-항 리
쯔시엔 량
Original Assignee
삼성전자주식회사
시티 유니버시티 오브 홍콩
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사, 시티 유니버시티 오브 홍콩 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to JP2015500364A priority Critical patent/JP5933808B2/ja
Priority to EP13760341.1A priority patent/EP2827440B1/en
Priority to CN201380025857.2A priority patent/CN104584321B/zh
Priority to US14/385,579 priority patent/US9960497B2/en
Priority to PCT/KR2013/002079 priority patent/WO2013137669A1/ko
Publication of KR20130105358A publication Critical patent/KR20130105358A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102046102B1 publication Critical patent/KR102046102B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/02—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/002—Devices for damping, suppressing, obstructing or conducting sound in acoustic devices
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K15/00—Acoustics not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0086—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices having materials with a synthesized negative refractive index, e.g. metamaterials or left-handed materials

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Building Environments (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Waveguides (AREA)

Abstract

메타물질의 코일 기반 인공원자 및 이를 포함한 메타물질 및 소자를 제공한다. 본 메타물질의 코일 기반 인공원자는 제1 공간을 코일링하는 제1 코일링부 및 제2 공간을 코일링하며, 상기 제1 코일링부와 연결된 제2 코일링부를 포함한다.

Description

메타물질의 코일 기반 인공원자, 이를 포함하는 메타물질 및 소자{Artificial atom and Metamaterial and Device including the same}
본 개시는 공간이 코일링된 인공적인 원자, 이를 배열하여 만들어진 메타물질 및 이를 포함한 소자에 관한 것이다.
메타물질이란 파장보다 작은 임의의 크기 및 모양으로 패터닝되는 적어도 하나의 인공적인 원자 단위를 포함하며, 이들을 인공적으로 배열하여 구조화시킨 물질이다. 메타물질에 포함되는 각 인공원자는 메타물질에 인가된 전자기파 또는 음파에 대한 응답으로 소정의 특성을 나타낸다.
결과적으로 메타물질은 전자기파 또는 음파에 대하여 자연계에 존재하지 않는 임의의 유효 굴절율 및 유효 물질 계수를 갖도록 설계 및 제작될 수 있다. 그 결과, 이러한 메타물질은 서브파장 포커싱(subwavelength focusing), 음굴절(Negative refraction), 기이한 전송(extraordinary transmission), 보이지 않는 망토(invisibility cloaking)와 같은 새로운 현상들을 발생시킨다.
이와 같은 메타물질에 의해 발생되는 현상은 광자(photonic) 혹은 음향양자(phononic) 결정에서도 발생된다. 그러나, 이 경우, 동작 주파수가 높은 회절 영역 근처에서만 이러한 현상이 발생한다. 상기한 유효 물질 계수를 이용한 응용을 기대하기 어려운 문제가 있다. 즉, 인공원자의 크기가 파장보다 충분히 작지 못하게 제약되는 것이다.
본 개시는 코일링된 인공 원자를 제공한다.
본 개시는 상기한 인공 원자를 포함하는 메타물질을 제공한다.
본 개시는 상기한 메타물질을 포함하는 소자를 제공한다.
본 발명의 일 유형에 따르는 메타물질의 코일 기반 인공원자는, 제1 공간을 코일링하는 제1 코일링부; 및 제2 공간을 코일링하며, 상기 제1 코일링부와 연결된 제2 코일링부;를 포함한다.
그리고, 상기 제1 및 제2 코일링부 중 적어도 하나는, 입사된 파가 지그재그로 진행하여 출사되도록 할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 코일링부 중 적어도 하나는, 상기 파가 진행하는 복수 개의 채널이 연속적으로 연결되어 형성될 수 있다.
그리고, 상기 복수 개의 채널 중 이웃하는 채널간의 파의 진행 방향은 서로 다를 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 채널 중 이웃하는 채널은 하나의 플레이트에 의해 분리될 수 있다.
그리고, 상기 복수 개의 채널의 폭은 상기 파의 파장보다 작을 수 있다.
또한, 상기 제1 코일링부의 채널과 상기 제2 코일링부의 채널은 연속적으로 연결될 수 있다.
그리고, 상기 파는 음파, 전자파 및 탄성파 중 적어도 하나일 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 코일링부 중 적어도 하나는 공간을 2차원 및 3차원 중 적어도 하나로 코일링할 수 있다.
그리고, 상기 제1 코일링부와 상기 제2 코일링부는 상기 제1 코일링부와 상기 제2 코일링부가 연결된 지점을 기준으로 회전대칭일 수 있다.
또한, 상기 제1 코일링부와 상기 제2 코일링부는 비등방성일 수 있다.
그리고, 상기 제1 코일링부와 상기 제2 코일링부는 등방성일 수 있다.
또한, 제3 공간을 코일링하며, 상기 제1 및 제2 코일링부와 연결된 제3 코일링부; 및 제4 공간을 코일링하여, 상기 제1 내지 제3 코일링부와 연결된 제4 코일링부;를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제1 내지 제4 코일링부는 상기 인공원자의 중심에서 상호 연결될 수 있다.
또한, 상기 인공원자는 등방성일 수 있다.
그리고, 상기 인공원자의 굴절률은 상기 인공 원자를 진행하는 파의 경로 길이에 비례할 수 있다.
또한, 상기 인공원자의 굴절률은 4이상일 수 있다.
그리고, 상기 인공원자는 특정 주파수 대역의 파에 대해 유효 밀도 및 유효 체적 탄성률 중 적어도 하나가 음일 수 있다.
또한, 상기 인공원자는 특정 주파수 대역의 파에 대해 음의 굴절률을 갖을 수 있다.
그리고, 상기 인공원자의 격자 상수는 상기 파의 파장보다 작을 수 있다.
또한, 상기 제3 코일링부와 상기 제3 코일링부는 상기 제3 코일링부와 상기 제3 코일링부가 연결된 지점을 기준으로 회전대칭일 수 있다.
그리고, 제3 공간을 코일링하며, 상기 제1 및 제2 코일링부와 연결된 제3 코일링부;를 더 포함하며, 상기 제1 내지 제3 코일링부는 상기 인공원자의 중심을 기준으로 서로 회전 대칭이며, 상기 제1 내지 제3 코일링부 각각에서의 파의 유효 진행방들은 하나의 2차원 상에 존재하지 않을 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 메타 물질은 앞서 기술한 코일 기반 인공원자가 복수 개 배열 될 수 있고, 상기한 메타 물질은 복수 개의 인공원자는 1차원, 2차원 및 3차원 중 적어도 하나의 형태로 배열될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 소자는 앞서 기술한 메타물질을 포함하며, 상기한 메타물질에 의해 입사된 파의 특성을 변환시킨다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 코일링된 인공 원자는, 파가 입사되는 입사부; 상기 파가 출력되는 출사부; 및 공간을 코일링시켜 상기 입사부에서 입사된 파가 지그재그로 진행하여 상기 출사부를 통해 출력되도록 하는 코일링부;를 포함한다.
그리고, 코일링부는, 상기 파가 진행하는 복수 개의 채널이 연속적으로 연결되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 채널들을 진행하는 파의 진행 방향에 대한 합은 상기 입사부에서 상기 출사부로의 방향과 동일할 수 있다.
그리고, 상기 메타 물질 구조체의 굴절률은 상기 코일링부를 진행하는 파의 경로 길이에 비례할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 코일링된 인공 원자는, 파가 입사되는 입사부; 상기 파가 출력되는 출사부; 및 상기 입사부로부터 상기 출사부까지 연결되고, 상기 파의 이동을 가이드하는 코일링부를 포함하고, 상기 코일링부를 진행하는 파의 경로 길이는 상기 입사부와 상기 출사부 간의 직선거리보다 길다.
도 1은 일 실시예에 따른 코일링된 인공 원자를 나타내는 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원의 인공원자를 도시한 도면이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 2차원 인공원자의 코일링 효과를 간소화하여 표현한 도면이다.
도 3a는 도 2a의 2차원 인공원자의 밴드 구조(주파수와 파 벡터의 관계)를 나타내는 도면이다.
도 3b 내지 도 3d는 도3a의 제1 내지 제3 밴드의 EFCs(Equi-Frequency Contours)를 나타내는 도면이다.
도 4a는 도 2a의 2차원 인공원자의 주파수에 따른 상대 유효 굴절률(실선)과 상대 유효 임피던스(점선)를 나타낸 도면이다.
도 4b는 도 2a의 2차원 인공원자의 주파수에 따른 유효 밀도(실선)와 유효 체적 탄성률(점선)을 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 3차원 인공원자를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 1차원 인공원자와 도 2에 도시된 2차원 인공원자의 조합에 의해 생성된 프리즘을 도시한 도면이다.
도 7a는 도파로상에서 도파로의 폭의 반 이상을 가로막는 고체 플레이트가 삽입된 경우의 파의 압력장 패턴을 시뮬레이션한 결과이다.
도 7b는 도 7a에 도시된 고체 플레이트의 주변에 일 실시예의 메타물질이 배치되어 있는 경우의 파의 압력장 패턴을 시뮬레이션한 결과이다.
도 8은 일 실시예에 따른 메타물질로 구성된 렌즈를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 개시된 코일링된 인공 원자, 이를 포함한 메타물질 및 소자에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 코일링된 인공 원자를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 인공 원자는 파가 입사되는 입사부(120), 상기한 파가 출력되는 출사부(140) 및 공간을 코일링시켜 입사부(120)에서 입사된 파가 지그재그로 진행하여 출사부(140)를 통해 외부로 출력되는 코일링부(130)를 포함한다.
본 인공원자(100)에 입사되는 파는 음파일 수 있다. 음파는 차단 주파수 없이 서브 파장 단면적의 퍼포레이션(perforation)을 진행한다. 또한, 음파는 스칼라 장이기 때문에, 이러한 퍼포레이션은 코일링되어 있다 하더라고 파는 구불구불한 공간(curled space)에서 자유롭게 진행할 수 있다.
이러한 코일링부(130)는 복수 개의 채널(150, 160, 170)이 연속적으로 연결되어 공간을 코일링할 수 있다. 이웃하는 채널간의 파의 진행 방향은 서로 다를 수 있고, 전체 채널을 진행하는 파의 진행 방향에 대한 합은 입사부(120)에서 출사부(140)로의 방향과 일치할 수 있다. 그리고, 코일링부(130)는 상기한 복수 개의 채널로 공간을 2차원 또는 3차원으로 코일링할 수 있다.
예를 들어, 코일링부(130)가 두 개의 채널(150, 160)로 형성된 경우, 코일링부(130)는 일단이 입사부(120)와 연결되어 있으며 파가 제1 방향으로 진행하도록 가이드하는 입사 채널(150) 및 일단이 출사부(140)와 연결되어 있으며 파가 제2 방향으로 진행하도록 가이드하는 출사 채널(160)을 포함할 수 있다. 또한, 코일링부(130)는 입사부(120)와 출사부(140) 사이에 배치되며 파가 제3 방향으로 진행하도록 가이드하는 적어도 하나의 중간 채널(170)을 더 포함할 수 있다.
이웃하는 채널간의 파의 진행 방향은 서로 다를 수 있지만 전체 채널을 진행하는 파의 진행 방향에 대한 합은 상기 입사부(120)에서 출사부(140)로의 방향과 동일할 수 있다. 여기서, 상기한 입사부(120)와 출사부(140)로의 방향을 인공원자(100)에 입사된 파의 유효 진행 방향이라고 칭한다. 특히, 코일링부(130)가 2차원으로 공간을 코일링하는 경우, 입사부(120)를 기준으로 홀수번째 채널과 짝수 번째 채널의 파의 진행 방향은 서로 상이하나, 홀수 번째 채널간의 파의 진행 방향은 서로 같을 수 있고, 짝수 번째 채널간의 파의 진행 방향도 서로 같을 수 있다.
도 1에서, 코일링부(130)는 7개의 채널로 공간을 코일링한 상태를 도시하였다. 구체적으로, 코일링부(130)는 일단이 입사부(120)와 연결되어 있으며 파가 제1 방향으로 진행하도록 가이드하는 입사 채널(150), 일단이 입사 채널과 연결되어 있으며 파가 제2 방향으로 진행하도록 가이드하는 제1 중간 채널(170a), 일단이 제1 중간 채널(170a)과 연결되어 있으며 파가 제3 방향으로 진행하도록 가이드하는 제2 중간 채널(170b), 일단이 제2 중간 채널(170b)과 연결되어 있으며 파가 제4 방향으로 진행하도록 가이드하는 제3 중간 채널(170c), 일단이 제3 중간 채널(170c)과 연결되어 있으며 파가 제5 방향으로 진행하도록 가이드하는 제4 중간 채널(170d), 일단이 제4 중간 채널(170d)과 연결되어 있으며 파가 제6 방향으로 진행하도록 가이드하는 제5 중간 채널(170e) 및 일단이 제5 중간 채널(170e)과 연결되고 타단이 출사부(140)와 연결되어 있으며, 파가 제7 방향으로 진행하도록 가이드하는 출사 채널(160)을 포함할 수 있다. 홀수 번째 채널 즉, 입사 채널(150)제2 중간 채널(170b), 제4 중간 채널(170d) 및 출사 채널(160)의 파의 진행 방향은 서로 같고, 짝수 번째 채널 즉, 제1 중간 채널(170a), 제3 중간 채널(170c) 및 제5 중간 채널(170e)의 파의 진행 방향도 서로 같다. 그러나, 홀수 번째 채널과 짝수 번째 채널의 파의 진행 방향은 서로 다르지만, 전체 채널의 파의 진행 방향에 대한 벡터의 합은 파의 유효 진행 방향과 일치한다. 도 1에서의 채널은 일 예시에 불과하며, 채널의 수 및 채널내의 파의 진행 방향은 인공원자(100)의 특성에 따라 변경될 수 있다. 즉 코일링부의 코일링 정도 등은 파의 특성을 변경시키고자 하는 목적에 따라 달라질 수 있다. 여기서 코일링 정도는 파의 진행 방향을 변경시키는 채널의 수 즉 파의 진행 방향 변경 횟수, 코일링내에서의 파의 전체 이동 거리 등으로 정의될 수 있다.
인공원자(100)에서 입사부(120)와 출사부(140)까지의 직선 거리를 격자 상수(a)라고 할 때, 채널의 폭(d)은 격자 상수(a)보다 작을 수 있으며, 채널을 진행하는 파의 파장보다 작을 수 있다. 예를 들어, 채널의 폭(d)은 격자 상수(a)의 0.081 배일 수 있다.
그리하여, 코일링부(130)를 진행하는 파는 지그재그 방식으로 진행하게 된다. 파는 코일링부(130)를 지그재그 방식으로 진행하기 때문에 인공원자(100)에 입사된 파는 격자 상수(a)보다 긴 거리를 진행할 수 있다. 예를 들어, 코일링부(130)에 의해 형성된 파의 경로 길이는 격자 상수의 4.2이상일 수 있다.
또한, 인공원자(100)의 부피를 최소화하기 위해 하나의 플레이트(180)에 의해 이웃하는 채널이 분리될 수 있다. 플레이트(180)는 폭(w)이 좁은 박막 형태일 수 있으며, 황동(brass)과 같은 금속 또는 폴리머 등의 고체 물질로 형성될 수 있다. 상기한 플레이트(180)의 길이(L)는 격자 상수(a)의 길이보다 작을 수 있다. 예를 들어, 플레이트(180)의 길이는 격자 상수(a)의 0.61배일 수 있다. 뿐만 아니라, 플레이트(180)의 폭은 격자 상수(a)에 비해 상당히 작은 것이 바람직하다. 예를 들어, 플레이트의 폭은 격자 상수의 0.02 배일 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 인공 원자는 하나의 코일링부를 포함하고, 파, 예를 들어, 음파 혹은 전자기파는, 인공원자를 통해 하나의 유효 진행 방향으로 진행한다. 그리하여, 도 1에 도시된 인공원자는 1차원 인공원자라고 할 수 있다. 상기한 1차원 인공 원자들이 배열되어 메타물질을 형성할 수 있다. 1차원 인공원자들은 1차원, 2차원 또는 3차원으로 배열될 수 있다. 1차원 인공원자들의 배열 형태에 따라 메타물질은 입사된 파의 특성을 변형시켜 출사시킨다.
또한, 메타물질의 인공원자는 파의 유효 진행 방향이 다른 복수개의 코일링부를 포함할 수 있다 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원의 인공원자를 도시한 도면이다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 2차원 인공원자는 파의 유효 진행 방향이 서로 다른 복수 개의 코일링부가 결합하여 형성될 수 있다. 복수 개의 코일링부를 진행하는 파의 유효 진행 방향은 2차원 평면상에 존재한다.
도 2a에서는 설명의 편의를 도모하기 위해 4개의 코일링부(210, 220, 230, 240)가 결합된 상태가 도시되어 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 두 개 이상의 코일링부가 결합하여 2차원 인공원자를 형성할 수도 있다. 설명의 편의를 도모하기 위해 4개의 코일링부(210, 220, 230, 240)가 결합된 경우의 파의 특성 변화에 대해 설명한다.
각 코일링부(210, 220, 230, 240)는, 앞서 설명한 바와 같이, 공간을 코일링하여 입사된 파가 지그재그로 진행하도록 한다. 코일링부는 공간을 2차원 또는 3차원으로 코일링할 수 있다.
제1 내지 제4 코일링부(210, 220, 230, 240) 각각의 일단은 2차원 인공원자의 중심 지점(C)에 배치되어 상호 연결되어 있다. 각 코일링부(210, 220, 230, 240)은 중심 지점(C)를 기준으로 다른 코일링부(210, 220, 230, 240)와 회전대칭되도록 배치될 수 있다.
예를 들어, 제1 코일링부(210)를 중심 지점(C)을 기준으로 90도 회전하면 제2 코일링부(200)와 일치하고, 제2 코일링부(220)를 중심 지점(C)을 기준으로 90도 회전하면 제3 코일링부(230)와 일치하고, 제3 코일링부(230)를 중심 지점(C)을 기준으로 90도 회전하면 제4 코일링부(240)와 일치하고, 제4 코일링부(240)를 중심 지점(C)을 기준으로 90도 회전하면 제1 코일링부(210)와 일치하도록 제1 내지 제4 코일링부 (210, 220, 230, 240)가 배치될 수 있다. 즉, 제1 코일링부(210)와 제3 코일링부(230)는 중심 지점(C)을 기준으로 대칭되게 배치되고, 제2 코일링부(220)와 제4 코일링부(240)는 중심 지점(C)을 기준으로 대칭되게 배치될 수 있다.
그리하여, 제1 코일링부(210)와 제3 코일링부(230)에서 파의 유효 진행 방향과 제2 코일링부 (220)와 제4 코일링부(240)에서 파의 유효 진행 방향은 일치할 수 있다.
그리하여, 2차원 인공원자에 입사된 파는 제1 내지 제4 코일링부(210, 220, 230, 240) 중 적어도 하나를 진행하여 외부로 출사될 수 있다. 예를 들어, 제1 코일링부(210)를 통해 외부에서 입사된 파는 제1 코일링부(210)를 진행 후 2차원 인공원자의 중심(C)에서 제2 내지 4 코일링부(220, 230, 240)로 분산된다. 그리하여 분사된 각 파는 제2 내지 4 코일링부(220, 230, 240)를 각각 진행하여 외부로 출사될 수 있다. 입사된 파의 특성에 따라 파는 제2 내지 제4 코일링부(220, 230, 240) 모두에 분산될 수도 있고, 일부 코일링부에만 분산될 수 도 있다.
도 2b는 도 2a에 도시된 2차원 인공원자의 코일링 효과를 설명하기 위해 채널 형태를 균등하게 간소화한 도면이다. 즉, 도 2b에 도시된 'X' 형상은 도 2a의 코일링 채널과 균등한(equivalent) 채널들의 영역을 나타낸다. 그리고, 나머지 영역은 채널들을 형성하는 플레이트들을 나타낸다. 이 경우, ‘X’형상으로 나타낸 채널 영역의 굴절률 n0r은 채널이 없을 때 입사부(120)로부터 출사부(140)를 지나는 파의 속도에 대한 코일링부(130)를 통해 입사부(120)로부터 출사부(140)를 지나는 파의 속도로 나눈 값으로 정의할 수 있다. 예를 들어, 코일링부(130)에 의해 파의 경로 길이가 입사부(120)에서 출사부(140)까지의 직선 거리의 4.2이면, 채널의 굴절률 (n0r)은 4.2가 된다. 이와 같이, 고굴절률 및 그에 해당하는 파의 위상지연을 이루는 것은 채널들을 원하는 대로 굴곡을 줌으로써 구현될 수 있다. 이와 같은 코일링된 인공원자 단위에 기반한 메타물질은 저주파수의 음파에 대해서도 회절효과 없이 유효하게 동작하며, 이는 해당 메타물질을 사용하여 음파를 제어하는 소자의 크기를 줄일 수 있게 한다.
이하에서는 2차원 인공원자(1000)에서의 분산 관계(예를 들어, 주파수와 파수 벡터 간의 관계)를 설명한다. 플로케-블로치(Floquet-Bloch) 이론을 적용하여 2차원 인공원자(1000)에서의 분산 관계(dispersion relation)는 하기 수학식 1과 같이 근사적으로 얻어질 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112013016310942-pat00001
여기서
Figure 112013016310942-pat00002
및
Figure 112013016310942-pat00003
각각은 도 2b의 C'A' 및 C'B' 방향에서의 블로치 파의 지연 위상을 나타내고, k0는 채널 안에서의 파의 파수를 나타내며, nor2는 제1 및 제2 코일링부(210, 220)의 굴절률을 나타낸다. 도 2a에서 2차원 인공원자에서 각 코일링부는 다른 코일링부와 회전 대칭된다. 따라서, 각 코일링부의 굴절률은 동일하다.
수학식 1은 분산 관계 및 밴드 접힘을 나타낸다. 2차원 인공원자는 C'A' 방향 및 C'B'방향 모두에서 동일한 굴절률(n0r2)성분으로 공간을 코일링하기 때문에, EFCs(equifrequency contours)은 Γ 지점(즉,
Figure 112013016310942-pat00004
=
Figure 112013016310942-pat00005
)에서 거의 원에 가깝다. 이것은 도 2a의 2차원 인공원자(100)가 등방성 굴절률을 생성한다는 것을 의미한다. Γ 지점근처에서 존재하는 음파의 경우, 그 정규화된 주파수(ωa/(2πc): ω는 음파의 각주파수, c는 음파의 공기 중 속도)가 1/n0r2 의 정수배가 된다.
그리하여, 밴드의 주파수 영역에서의 위치는 n0r2 또는 코일링부내의 파 경로 길이에 의해 조정될 수 있다. 경로 길이가 길수록 굴절률 n0r2도 크다. 따라서, 충분히 낮은 주파수에서도 밴드 접힘이 생기도록 2차원 인공원자를 만들 수 있으며, 이러한 2차원 인공원자들로 구성된 메타물질은 Γ 지점 부근에서 여전히 유효 밀도 및 유효 체적 탄성률로 기술될 수 있다.
도 3a는 도 2a의 2차원 인공원자의 밴드 구조(주파수와 파 벡터의 관계)를 나타내는 도면이고, 도 3b 내지 도 3d는 도3a의 제1 내지 제3 밴드의 EFCs(Equi-Frequency Contours)를 나타내는 도면이다.
제1 실선(L1)은 공기 중에서 파의 밴드 특성을 나타내고, 제2 실선(L2)은 수학식 1에 의한 2차원 인공원자의 밴드 구조를 나타낸다. 그리고, 점선으로 된 곡선(L3 내지 L7)DMS 수치해석 시뮬레이션을 통해 획득된 결과를 나타낸다. 낮은 주파수에서부터 높은 주파수로 제 1 내지 제 5 밴드(L3 내지 L7)가 형성되어 있다. 주파수 0.11 및 0.22 근처의 제 2 및 제 4 밴드(L4, L6)는 기울기가 거의 0으로 평탄하게 형성되어 있다.
도 3a의 Γ X 방향은 도 2a의 CB 방향과 대응된다. Γ, M 지점에서의 원 (a1, a2, a3)을 나타내는 영역 및 2차원 인공원자의 각 코일링부내 채널의 폭의 크기가 유한함으로 인해 작은 주파수 이동을 제외하고, 시뮬레이션의 밴드 구조와 수학식 1의 밴드 구조는 거의 유사한다. 파의 주파수가 낮을수록 채널의 폭은 파의 파장보다 훨씬 더 작다. 그리하여, 시뮬레이션 결과에 의한 밴드 구조와 수학식 1에 의한 밴드 구조는 서로 일치함을 확인할 수 있다. Γ 지점 부근에서 ΓX 방향 및 ΓM 방향으로 분산관계의 기울기들은 밴드 접힘으로 인해, 제1, 제3 및 제5 밴드(L3, L5, L7)에서 거의 동일하다. 이것은 2차원 인공원자의 굴절률이 등방성임을 나타낸다. 그리하여 도 3b 내지 도 3d에서 도시된 바와 같이, 세 밴드 즉, 주파수(ωa/(2πc))가 0에서 0.04, 0.18에서 0.218까지, 0.22에서 0.26까지의 밴드는 반경이 5%이내에서 변하는 원에 가깝다는 것을 확인할 수 있다. 상대 굴절률은 EFCs의 크기를 공기 중에서의 분산관계(검은 색 점선)와 비교함으로써 추출될 수 있다.
제3 밴드(L5)에서 0에서 -1 사이의 음의 굴절률을 얻을 수 있으며, 제5 밴드(L7)에서는 1보다 작은 양의 굴절률을 얻을 수 있다. 밴드 갭의 가장자리 주파수(ωa/(2πc)) 0.219근처에 평탄한 기울기의 밴드가 있다. 이 밴드에서의 음파의 모드는 본질적으로 횡파(transverse)이다. 그리하여, 이러한 모드들은 종파(longitudinal) 특성을 가지는 입사 평면파에 의해 여기되지 않는다.
또한, 2차원 인공원자(1000)의 복소 반사 계수 및 전송 계수를 산출함으로서, 앞서 설명된 밴드들의 상대 유효 굴절률 nr및 상대 유효 임피던스 Zr를 산출할 수 있다. 국소영역에서 공진이 존재하지 않기 때문에, 매질의 흡수 손실은 공진 주파수 근처에서 증폭되지 않는다.
도 4a는 도 2a의 2차원 인공원자의 주파수에 따른 상대 유효 굴절률(실선)과 상대 유효 임피던스(점선)를 나타낸 도면이고, 도 4b는 도 2a의 2차원 인공원자의 주파수에 따른 유효 밀도(실선)와 유효 체적 탄성률(점선)을 나타낸 도면이다. 도 4a에 도시된 상대 유효 굴절률은 도 3a에 도시된 상대 유효 굴절률과 동일하다. 도 4b에 도시된 유효 밀도 및 유효 체적 탄성율 각각은 ρr=nrZr, Br=Zr/nr로부터 획득될 수 있다.
인공원자의 격자 상수(a)에 비해서 파의 파장이 긴 저주파수 영역에서, ρr 및 Br 은 상수로 일정할 수 있다. 예를 들어, FR(Filling ratio) f =0.19일 때, Br=1/(1-f)=1.23일 수 있다. 그리고, 상대 유효 굴절률 nr =6 에서, 상대 유효 밀도는 ρr =nr 2 Br =44.3이 된다. 본 2차원 인공원자는 자연계에 거의 존재하지 않는 고굴절률을 얻는데 효율적이다. 예를 들어, 주파수 범위가 0.18 내지 0.26에서, ρr 는 음에서 양으로 변한다. 특히, 밴드 갭의 하단 가장자리인 주파수(a/(2πc))가 0.218인 지점에서 ρr 는 0이 된다. 반면, 1/Br 또한 음에서 양으로 변하며, 밴드갭의 상단 가장자리인 주파수(a/(2πc)) 0.22 근처에서 1/Br은 0이 된다. 밴드갭 아래에서는, ρr, Br, nr 이 동시에 음이 되는 주파수 영역이 존재한다. ρr, Br 가 동시에 음수가 되기 위해(더블 네거티브) 서로 다른 종류의 공진을 오버랩하는 기존 접근과는 달리, 공간을 코일링하여 충분히 큰 n0r을 구현함으로써 더블 네거티브를 생성할 수 있다.
도 2a에서는 2차원의 인공원자는 4개의 회전 대칭되는 코일링부로 형성된다고 하였으나, 이에 한정되지 않는다. 2개의 회전 대칭되는 코일링부의 결합으로도 2차원 인공원자가 형성될 수 있음도 물론이다. 뿐만 아니라, 서로 대칭되지 않는 복수 개의 코일링부의 결합으로도 2차원 인공원자가 형성될 수도 있고, 코일링 정도가 상이한 복수 개의 코일링부가 결합하여 2차원 인공원자가 형성될 수 도 있다. 즉, 비등방성의 코일링부가 결합하여 2차원 인공원자가 형성될 수도 있다. 코일링부들의 배치 관계, 각 코일링부의 코일링 정도 등은 파의 특성을 변경시키고자 하는 목적에 따라 달라질 수 있다. 즉, 코일링부들의 배치 관계, 각 코일링부의 코일링 정도에 따라 인공원자의 물질 계수(예를 들어, 굴절률, 임피던스, 탄성률, 밀도)을 다양하게 변경된다.
도 5는 일 실시예에 따른 3차원 인공원자를 개략적으로 도시한 도면이다.
3차원 인공원자(310)는 파의 유효 진행 방향이 서로 다른 복수 개의 코일링부가 3차원적으로 결합되어 형성될 수 있다. 도 5에서 곡선은 코일링부를 나타낸다. 예를 들어, 6개의 코일링부(310)가 결합하여 3차원 인공원자가 형성될 수 있다. 코일링부(310)는 공간을 2차원 또는 3차원으로 코일링할 수 있다.
3차원 인공원자의 중심에는 각 코일링부(310)는 연결되어 있고, 3차원 인공원자의 중심을 기준으로 각 코일링부(310)를 90도 회전하면 이웃하는 코일링부(310)와 일치할 수 있다. 그리고, 각 코일링부(310)에서의 파의 유효 진행방향들은 하나의 2차원 상에 존재하지 않을 수 있다. 코일링부(310)들의 배치 관계, 각 코일링부(310)의 코일링 정도 등은 파의 특성을 변경시키고자 하는 목적에 따라 달라질 수 있다.
앞서 설명한 인공원자들을 배열하여 메타물질을 형성할 수 있다. 1차원 인공원자를 1차원, 2차원 또는 3차원으로 배열시켜 메타물질을 형성할 수도 있고, 2차원 인공원자를 1차원, 2차원 또는 3차원으로 배열시켜 메타물질을 형성할 수도 있다. 그리고, 3차원 인공원자를 1차원, 2차원 또는 3차원으로 배열시켜 메타물질을 형성할 수도 있다. 뿐만 아니라, 1차원 인공원자, 2차원 인공원자 및 3차원 인공원자 중 적어도 두 개를 조합하여, 1차원, 2차원 또는 3차원으로 배열시켜 메타물질을 형성할 수도 있다.
인공원자에 포함된 코일링부의 코일링 정도를 조절하여 메타물질은 등방성 또는 비등방성의 특성을 갖는다. 공간을 코일링함으로써, 메타물질은 고굴절률을 갖으면, 유효 밀도 및 체적 탄성률이 낮은 주파수에서도 동작할 수 있다. 그리하여, 더블 네거티브, 0에 가까운 유효 밀도 및 양의 굴절률을 획득하기 위해 국부 공진을 이용한 기존 메타물질에 비해 파의 손실을 감소시킬 수 있다. 그리고, 상기한 메타물질로 파의 특성을 변형시키는 소자를 생성할 수도 있다.
예를 들어, 메타물질을 이용하여 음의 유효 밀도 및 음의 유효 체적 탄성률을 갖는 음파 프리즘을 생성할 수 있다. 도 6은 도 1에 도시된 1차원 인공원자와 도 2에 도시된 2차원 인공원자의 조합에 의해 생성된 프리즘을 도시한 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 1차원 인공원자 및 2차원 인공원자를 2차원으로 배열하여 경사각이 45도인 프리즘을 형성할 수 있다. 그리고, 폭이 15.4a 이고 진공 상태에서 정규화된 주파수(ωa/(2πc))가 0.191인 가우시안 형태의 진폭 분포를 가지는 음파 빔이 프리즘의 바닥으로부터 진입한다. 상기한 주파수에서 2차원 인공원자의 상대 유효 굴절률 nr = -1이다. 그리하여 빔은 프리즘을 통과해 나오면서 음의 방향으로 굴절될 수 있다.
또 다른 예로, 앞서 설명한 바와 같이, 인공원자는 매우 낮은 주파수에서 0에 가까운 밀도를 갖을 수 있다. 그리하여, 인공원자들로 구성된 메타물질를 도파로상에 배치시킬 경우, 상기한 도파로내에서 파는 터널링 현상을 일으킬 수 있다.
도 7a는 도파로상에서 도파로의 폭의 반 이상을 가로막는 고체 플레이트가 삽입된 경우의 파의 압력장 패턴을 시뮬레이션한 결과이다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 도파로(710)의 가운데 영역에 고체 플레이트(720)가 삽입되어 있고, 평면파의 음파(730)가 도파로의 왼쪽에서 오른쪽으로 진입한다. 고체 플레이트(730)가 도파로(710)의 폭의 반 이상을 가로막고 있기 때문에 평면파는 심각하게 산란된다.
반면, 도 7b는 도 7a에 도시된 고체 플레이트의 주변에 일 실시예의 메타물질가 배치되어 있는 경우의 파의 압력장 패턴을 시뮬레이션한 결과이다. 도 7b에 배치된 메타물질은 도 2a의 2차원 인공원자를 2차원으로 배열되어 형성될 수 있다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 산란체인 고체 플레이트(720)는 메타물질(740)로 감싸져 있다. 양 시뮬레이션에서, 도파로(710)에 입사된 파(730)의 주파수는 상대 유효 밀도가 0인 밴드갭의 하단 가장자리의 주파수보다 작은 주파수ωa/(2πc)=214가 선택되었다. 상대 체적 탄성율 Br=-33로 크고 상대 유효 밀도 ρr =-0.1 로 작다는 것은 터널링 발생을 의미한다. 도 7b에서 평면파는 메타물질로 감싸진 고체 플레이트를 통과하여도 산란하지 않고 평면파를 유지함을 확인할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 메타물질로 구성된 렌즈를 도시한 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 렌즈(800)는 복수 개의 2차원의 인공원자(810, 820, 830)가 2차원으로 배열되어 형성될 수 있다. 렌즈(800)의 중앙에는 코일링 정도가 큰 2차원의 인공원자(810)가 배치되고, 렌즈의 가장자리로 갈수록 코일링 정도가 작아지는 2차원의 인공원자(820, 830)가 배치될 수 있다. 즉, 렌즈(800)의 중앙에서 가장자리로 갈수록 코일링 정도가 점진적으로 변하는 복수 개의 2차원 인공원자들이 배열되어 형성될 수 있다. 이와 같은 렌즈는 중앙에서 가장자리로 갈수록 점진적으로 변하는 굴절률을 갖을 수 있다.
앞서 설명한 메타물질은 음파를 제어할 뿐만 아니라, 탄성파 또는 전자기파를 제어할 수도 있다. 따라서, 탄성파 또는 전자기파의 특성을 변형시키는 소자도 상기한 메타물질로 만들 수 있다.
전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다. 본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
100: 1차원 인공원자
120 : 입사부 140 : 출사부
150 : 입사 채널 160 : 출사 채널
170 : 중간 채널 180 : 플레이트
200: 2차원 인공원자 210: 제1 코일링부
220: 제2 코일링부 230: 제3 코일링부
240: 제4 코일링부 300: 3차원 인공원자

Claims (30)

  1. 제1 공간을 코일링하는 제1 코일링부; 및
    제2 공간을 코일링하며, 상기 제1 코일링부와 연결된 제2 코일링부;를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 코일링부 중 적어도 하나는,
    입사된 파가 진행하는 복수 개의 채널이 연속적으로 연결되어 형성된 메타물질의 코일 기반 인공원자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 코일링부 중 적어도 하나는,
    입사된 파가 지그재그로 진행하여 출사되도록 하는 메타물질의 코일 기반 인공원자.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 복수 개의 채널 중 이웃하는 채널간의 파의 진행 방향은 서로 다른 메타물질의 코일 기반 인공원자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 복수 개의 채널 중 이웃하는 채널은 하나의 플레이트에 의해 분리되는 메타물질의 코일 기반 인공원자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 복수 개의 채널의 폭은 상기 파의 파장보다 작은 메타물질의 코일 기반 인공원자.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 코일링부의 채널과 상기 제2 코일링부의 채널은 연속적으로 연결된 메타물질의 코일 기반 인공원자.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 파는 음파, 전자파 및 탄성파 중 적어도 하나인 메타물질의 코일 기반 인공원자.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 코일링부 중 적어도 하나는
    공간을 2차원 및 3차원 중 적어도 하나로 코일링하는 메타물질의 코일 기반 인공원자.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 코일링부와 상기 제2 코일링부는 상기 제1 코일링부와 상기 제2 코일링부가 연결된 지점을 기준으로 회전대칭인 메타물질의 코일 기반 인공원자.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 코일링부와 상기 제2 코일링부는 비등방성인 메타물질의 코일 기반 인공원자.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 코일링부와 상기 제2 코일링부는 등방성인 메타물질의 코일 기반 인공원자.
  13. 제1 공간을 코일링하는 제1 코일링부;
    제2 공간을 코일링하며, 상기 제1 코일링부와 연결된 제2 코일링부;
    제3 공간을 코일링하며, 상기 제1 및 제2 코일링부와 연결된 제3 코일링부; 및
    제4 공간을 코일링하여, 상기 제1 내지 제3 코일링부와 연결된 제4 코일링부;를 포함하는 메타물질의 코일 기반 인공원자.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 코일링부는 상기 인공원자의 중심에서 상호 연결되어 있는 메타물질의 코일 기반 인공원자.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 인공원자는 등방성인 메타물질의 코일 기반 인공원자.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 인공원자의 굴절률은 상기 인공 원자를 진행하는 파의 경로 길이에 비례하는 메타물질의 코일 기반 인공원자.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 인공원자의 굴절률은 4이상인 메타물질의 코일 기반 인공원자.
  18. 제 13항에 있어서,
    상기 인공원자는
    특정 주파수 대역의 파에 대해 유효 밀도 및 유효 체적 탄성률 중 적어도 하나가 음인 메타물질의 코일 기반 인공원자.
  19. 제 13항에 있어서,
    상기 인공원자는
    특정 주파수 대역의 파에 대해 음의 굴절률을 갖는 메타물질의 코일 기반 인공원자.
  20. 제 13항에 있어서,
    상기 인공원자의 격자 상수는 입사된 파의 파장보다 작은 메타물질의 코일 기반 인공원자.
  21. 제 13항에 있어서,
    상기 제3 코일링부와 상기 제4 코일링부는 상기 제3 코일링부와 상기 제4 코일링부가 연결된 지점을 기준으로 회전대칭인 메타물질의 코일 기반 인공원자.
  22. 제1 공간을 코일링하는 제1 코일링부;
    제2 공간을 코일링하며, 상기 제1 코일링부와 연결된 제2 코일링부;
    제3 공간을 코일링하며, 상기 제1 및 제2 코일링부와 연결된 제3 코일링부;를 더 포함하며,
    상기 제1 내지 제3 코일링부는 인공원자의 중심을 기준으로 서로 회전 대칭이며, 상기 제1 내지 제3 코일링부 각각에서의 파의 유효 진행방향들은 하나의 2차원 상에 존재하지 않는 메타물질의 코일 기반 인공원자.
  23. 제 1항, 제 2항, 제 4항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 따른 메타물질의 코일 기반 인공원자가 복수 개 배열된 메타물질.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 복수 개의 인공원자는 1차원, 2차원 및 3차원 중 적어도 하나의 형태로 배열된 메타물질.
  25. 제 23항에 따른 메타물질을 포함하며, 상기한 메타물질에 의해 입사된 파의 특성을 변환시키는 소자.
  26. 파가 입사되는 입사부;
    상기 파가 출력되는 출사부; 및
    공간을 코일링시켜 상기 입사부에서 입사된 파가 지그재그로 진행하여 상기 출사부를 통해 출력되도록 하는 코일링부;를 포함하는 메타물질의 코일 기반 인공원자.
  27. 제 26항에 있어서,
    코일링부는
    상기 파가 진행하는 복수 개의 채널이 연속적으로 연결되어 형성된 메타물질의 코일 기반 인공원자.
  28. 제 27항에 있어서,
    상기 복수 개의 채널들을 진행하는 파의 진행 방향에 대한 합은 상기 입사부에서 상기 출사부로의 방향과 동일한 메타물질의 코일 기반 인공원자.
  29. 제 26항에 있어서,
    상기 메타 물질 구조체의 굴절률은 상기 코일링부를 진행하는 파의 경로 길이에 비례하는 메타물질의 코일 기반 인공원자.
  30. 파가 입사되는 입사부;
    상기 파가 출력되는 출사부; 및
    상기 입사부로부터 상기 출사부까지 연결되고, 상기 파의 이동을 가이드하는 코일링부를 포함하고,
    상기 코일링부를 진행하는 파의 경로 길이는 상기 입사부와 상기 출사부 간의 직선거리보다 긴 메타물질의 코일 기반 인공원자.
KR1020130019372A 2012-03-16 2013-02-22 메타물질의 코일 기반 인공원자, 이를 포함하는 메타물질 및 소자 KR102046102B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015500364A JP5933808B2 (ja) 2012-03-16 2013-03-15 メタ物質のコイル基盤人工原子、それを含むメタ物質及び素子
EP13760341.1A EP2827440B1 (en) 2012-03-16 2013-03-15 Coil-based artificial atom for metamaterials and metamaterial comprising the artificial atom
CN201380025857.2A CN104584321B (zh) 2012-03-16 2013-03-15 超材料的基于卷绕的人造原子、包括该人造原子的超材料及包括该超材料的装置
US14/385,579 US9960497B2 (en) 2012-03-16 2013-03-15 Coil-based artificial atom for metamaterials, metamaterial comprising the artificial atom, and device comprising the metamaterial
PCT/KR2013/002079 WO2013137669A1 (ko) 2012-03-16 2013-03-15 메타물질의 코일 기반 인공원자, 이를 포함하는 메타물질 및 소자

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261611672P 2012-03-16 2012-03-16
US61/611,672 2012-03-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130105358A KR20130105358A (ko) 2013-09-25
KR102046102B1 true KR102046102B1 (ko) 2019-12-02

Family

ID=49453968

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130019372A KR102046102B1 (ko) 2012-03-16 2013-02-22 메타물질의 코일 기반 인공원자, 이를 포함하는 메타물질 및 소자

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9960497B2 (ko)
EP (1) EP2827440B1 (ko)
JP (1) JP5933808B2 (ko)
KR (1) KR102046102B1 (ko)
CN (1) CN104584321B (ko)
WO (1) WO2013137669A1 (ko)

Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2513884B (en) 2013-05-08 2015-06-17 Univ Bristol Method and apparatus for producing an acoustic field
KR101519958B1 (ko) * 2013-12-11 2015-05-19 주식회사 이엠따블유 안테나
US9612658B2 (en) 2014-01-07 2017-04-04 Ultrahaptics Ip Ltd Method and apparatus for providing tactile sensations
KR101537513B1 (ko) * 2014-02-28 2015-07-17 한국기계연구원 메타물질 음파 증폭기
KR101659050B1 (ko) * 2014-07-14 2016-09-23 한국기계연구원 메타물질을 이용한 공기접합 초음파 탐촉자
GB2530036A (en) 2014-09-09 2016-03-16 Ultrahaptics Ltd Method and apparatus for modulating haptic feedback
CA2976319C (en) 2015-02-20 2023-06-27 Ultrahaptics Ip Limited Algorithm improvements in a haptic system
ES2896875T3 (es) 2015-02-20 2022-02-28 Ultrahaptics Ip Ltd Percepciones en un sistema háptico
US10818162B2 (en) 2015-07-16 2020-10-27 Ultrahaptics Ip Ltd Calibration techniques in haptic systems
FR3044812B1 (fr) * 2015-12-02 2018-11-02 Universite De Franche-Comte Metamateriau acoustique absorbant
US11189140B2 (en) 2016-01-05 2021-11-30 Ultrahaptics Ip Ltd Calibration and detection techniques in haptic systems
US10531212B2 (en) 2016-06-17 2020-01-07 Ultrahaptics Ip Ltd. Acoustic transducers in haptic systems
US10268275B2 (en) 2016-08-03 2019-04-23 Ultrahaptics Ip Ltd Three-dimensional perceptions in haptic systems
US10755538B2 (en) * 2016-08-09 2020-08-25 Ultrahaptics ilP LTD Metamaterials and acoustic lenses in haptic systems
US10943578B2 (en) 2016-12-13 2021-03-09 Ultrahaptics Ip Ltd Driving techniques for phased-array systems
US10497358B2 (en) 2016-12-23 2019-12-03 Ultrahaptics Ip Ltd Transducer driver
US10600402B2 (en) * 2017-05-18 2020-03-24 Elwha Llc Systems and methods for acoustic mode conversion
KR101856201B1 (ko) 2017-07-25 2018-05-09 서울대학교산학협력단 탄성파의 모드변환용 필터, 이를 이용한 초음파 트랜스듀서, 및 이를 이용한 파동에너지 소산기
US11531395B2 (en) 2017-11-26 2022-12-20 Ultrahaptics Ip Ltd Haptic effects from focused acoustic fields
JP7483610B2 (ja) 2017-12-22 2024-05-15 ウルトラハプティクス アイピー リミテッド 触覚システムにおける不要な応答の最小化
WO2019122912A1 (en) 2017-12-22 2019-06-27 Ultrahaptics Limited Tracking in haptic systems
KR20210002703A (ko) 2018-05-02 2021-01-08 울트라햅틱스 아이피 엘티디 개선된 음향 전송 효율을 위한 차단 플레이트 구조체
KR102013410B1 (ko) * 2018-05-11 2019-09-25 재단법인차세대융합기술연구원 메타 원자를 포함하는 음향 메타물질 및 이를 포함하는 스피커 모듈
CN110880311B (zh) * 2018-09-05 2023-08-15 湖南大学 一种水下亚波长空间盘绕型声学超材料
US11098951B2 (en) 2018-09-09 2021-08-24 Ultrahaptics Ip Ltd Ultrasonic-assisted liquid manipulation
US11378997B2 (en) 2018-10-12 2022-07-05 Ultrahaptics Ip Ltd Variable phase and frequency pulse-width modulation technique
US11550395B2 (en) 2019-01-04 2023-01-10 Ultrahaptics Ip Ltd Mid-air haptic textures
US11842517B2 (en) 2019-04-12 2023-12-12 Ultrahaptics Ip Ltd Using iterative 3D-model fitting for domain adaptation of a hand-pose-estimation neural network
WO2020264443A1 (en) * 2019-06-26 2020-12-30 Tactual Labs Co. Wearable multimodal-sensing device
US11374586B2 (en) 2019-10-13 2022-06-28 Ultraleap Limited Reducing harmonic distortion by dithering
WO2021074604A1 (en) 2019-10-13 2021-04-22 Ultraleap Limited Dynamic capping with virtual microphones
US11169610B2 (en) 2019-11-08 2021-11-09 Ultraleap Limited Tracking techniques in haptic systems
US11715453B2 (en) 2019-12-25 2023-08-01 Ultraleap Limited Acoustic transducer structures
US11816267B2 (en) 2020-06-23 2023-11-14 Ultraleap Limited Features of airborne ultrasonic fields
WO2022058738A1 (en) 2020-09-17 2022-03-24 Ultraleap Limited Ultrahapticons
CN114999432B (zh) * 2022-05-25 2024-06-07 哈尔滨工程大学 一种结合多单胞带隙的s型声子晶体周期结构
CN115084863B (zh) * 2022-08-16 2022-11-11 国网山西省电力公司电力科学研究院 一种具有双通带特性的频率选择表面结构

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008507733A (ja) 2004-07-23 2008-03-13 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア メタマテリアル
WO2010026907A1 (ja) * 2008-09-03 2010-03-11 株式会社村田製作所 メタマテリアル
JP2011097334A (ja) 2009-10-29 2011-05-12 Murata Mfg Co Ltd アンテナ装置
US20120061176A1 (en) 2010-09-10 2012-03-15 The Boeing Company Apparatus and method for providing acoustic metamaterial

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6958729B1 (en) * 2004-03-05 2005-10-25 Lucent Technologies Inc. Phased array metamaterial antenna system
CN100499261C (zh) * 2005-05-19 2009-06-10 上海联能科技有限公司 高介微波复合功能材料在天线上的应用方法
US7741933B2 (en) 2006-06-30 2010-06-22 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Electromagnetic composite metamaterial
WO2008038542A1 (fr) 2006-09-26 2008-04-03 Yamaguchi University méta matériau pour système gaucher en deux dimensions
JP5017654B2 (ja) 2007-03-29 2012-09-05 国立大学法人山口大学 ３次元左手系メタマテリアル
US8836439B2 (en) * 2007-10-12 2014-09-16 Los Alamos National Security Llc Dynamic frequency tuning of electric and magnetic metamaterial response
KR100928027B1 (ko) 2007-12-14 2009-11-24 한국전자통신연구원 음의 유전율, 투자율 및 굴절률을 갖는 메타 물질 구조물
JP5104879B2 (ja) 2007-12-21 2012-12-19 株式会社村田製作所 共振器およびそれを備える基板、ならびに共振を生じさせる方法
JP5360064B2 (ja) * 2008-09-03 2013-12-04 株式会社村田製作所 メタマテリアルおよびその製造方法
JP2012519058A (ja) 2009-03-02 2012-08-23 ザ アリゾナ ボード オブ リージェンツ オン ビハーフ オブ ザ ユニバーシティ オブ アリゾナ 固体音響メタマテリアル、及び、音の焦点を合わせるためにこれを使用する方法
US8634140B2 (en) 2009-04-17 2014-01-21 The Invention Science Fund I Llc Evanescent electromagnetic wave conversion apparatus III
JP5414435B2 (ja) 2009-09-15 2014-02-12 キヤノン株式会社 光学素子の製造方法
CN102176543B (zh) 2010-12-22 2015-03-25 北京航空航天大学 一种具有双频带特性的十字螺旋fss结构及其构建方法
JP2012175522A (ja) * 2011-02-23 2012-09-10 Handotai Rikougaku Kenkyu Center:Kk メタマテリアル
CN102544739B (zh) 2011-05-20 2015-12-16 深圳光启高等理工研究院 一种具有高介电常数的超材料

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008507733A (ja) 2004-07-23 2008-03-13 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア メタマテリアル
WO2010026907A1 (ja) * 2008-09-03 2010-03-11 株式会社村田製作所 メタマテリアル
JP2011097334A (ja) 2009-10-29 2011-05-12 Murata Mfg Co Ltd アンテナ装置
US20120061176A1 (en) 2010-09-10 2012-03-15 The Boeing Company Apparatus and method for providing acoustic metamaterial

Also Published As

Publication number Publication date
JP5933808B2 (ja) 2016-06-15
CN104584321B (zh) 2018-01-30
KR20130105358A (ko) 2013-09-25
CN104584321A (zh) 2015-04-29
EP2827440A4 (en) 2016-03-30
JP2015511794A (ja) 2015-04-20
US9960497B2 (en) 2018-05-01
WO2013137669A1 (ko) 2013-09-19
EP2827440A1 (en) 2015-01-21
US20150070245A1 (en) 2015-03-12
EP2827440B1 (en) 2022-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102046102B1 (ko) 메타물질의 코일 기반 인공원자, 이를 포함하는 메타물질 및 소자
US9151891B2 (en) Metamaterial-based optical lenses
Yuan et al. On the coupling of resonance and Bragg scattering effects in three-dimensional locally resonant sonic materials
KR101825480B1 (ko) 음향 파라미터 제어형 메타 원자 및 이를 포함하는 메타 물질
Huang et al. Extreme sound confinement from quasibound states in the continuum
WO2005022221A1 (ja) 電磁波周波数フィルタ
US20230169946A1 (en) Acoustic Metamaterial Structures and Geometry for Sound Amplification and/or Cancellation
Weiss et al. Efficient calculation of the optical properties of stacked metamaterials with a Fourier modal method
KR20160099745A (ko) 근사적 비 분산 메타물질에 의한 음향 렌즈
Aynaou et al. Propagation and localization of acoustic waves in Fibonacci phononic circuits
JP6914004B2 (ja) 騒音低減装置
Zhang et al. Full-angle collimations of two-dimensional photonic crystals with ultrahigh-index background materials
JP5320566B2 (ja) ２次元フォトニック結晶光共振器
JP2003050325A (ja) 波長分波器
Qin et al. Acoustic wave reflection control based on broadband differential phase shifters
KR102311585B1 (ko) 메타물질 기반 탄성파 평행 이동 장치
Serebryannikov et al. Multifrequency spatial filtering: a general property of two-dimensional photonic crystals
JP6333122B2 (ja) 金属スリットアレー
Indaleeb et al. Simultaneous Dirac-like Cones at Two Energy States in Tunable Phononic Crystals: An Analytical and Numerical Study. Crystals 2021, 11, 1528
Legrand et al. Negative Reflection and Refraction of Guided Elastic Waves–Metamaterials 2018
Singh et al. Acoustic Metamaterials for Noise Control Applications
Gharaati et al. Investigation and Comparison of Light Propagation in Two Graded Photonic Crystal Structures
Wheeler et al. Negative refraction in a photonic crystal with a metallic cross lattice basis
Akjouj et al. Phonon Monomode Circuits
KR20240013021A (ko) 메타표면에 기반한 이미지 컴바이너 및 이를 채용한 증강현실 디바이스

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant