Ефект концентрації магнітного поля в анізотропних метамагнітних середовищах
DOI:
https://doi.org/10.26642/ten-2022-1(89)-116-124Ключові слова:
тензор; магнітна проникність; анізотропія; концентрація; магнітне поле; метаматеріалАнотація
У роботі розглянуто особливості поширення магнітного поля в прямокутній пластині з анізотропного за коефіцієнтом магнітної проникності матеріалу. Встановлено залежності поздовжньої та поперечної складових магнітного поля від геометричних розмірів пластини та кута нахилу вибраних головних кристолаграфічних осей. Вперше показано можливість концентрації величини напруженості магнітного поля і проведено відповідну оптимізацію її величини. Представлено моделі анізотропного магнітного концентратора, а також запропоновано метод його створення на основі штучних анізотропних, як класичних, так і метамагнітних, матеріалів. Застосування запропонованого методу веде до появи нових енергетичних перетворювачів автономної екологічночистої енергії, що не потребує класичних енергоносіїв. Метод концентрації магнітного поля з використанням штучних анізотропних класичних матеріалів покращує показники електромагнітних і магнітоелектричних вимірювальних систем, проте не зовсім задовольняє вимоги до новітніх технологічних пристроїв. Подальше підвищення коефіцієнта концентрації магнітного поля досягається при використанні штучних анізотропних метамагнітних матеріалів, що характеризуються від’ємним значенням магнітної проникності у одному із вибраних головних кристолаграфічних напрямків. Запропоновані методи концентрації магнітного поля знайдуть використання у електротехніці, радіотехніці, метрології та інших пов’язаних із ними галузей.
Посилання
Tamm, I.E. (2003), Osnovy teorii elektrichestva, Fizmatlit, M., 616 р.
Andreeva, E.G., Tatevosyan, A.A. and Semina, I.A. (2010), «Issledovanie osesimmetrichnoi modeli magnitnoi sistemy otkrytogo tipa», Omskii nauchnyi vestnik, Issue 1 (87), pp. 110–113.
Ashcheulov, A., Derevianchuk, M. and Lavreniuk, D. (2022), «Effect of magnetic field concentration», Physics and Chemistry of Solid State, No. 23 (1), pp. 72–76, doi: 10.15330/pcss.23.1.72-76.
Fresnel, A. (1832), «La loi des modifications que la réflexion imprime à la lumière polarisée», Mem. Acad. R. Sci. Inst. France, No. 11, pp. 393–433.
Maxwell, J.C. (1954), «A Treatise on Electricity and Magnetism», New York, Dover, Vol. 1, рр. 306–307.
Rayleigh, L. (1892), «On the influence of obstacles arranged in rectangular order on the properties of a medium», Philos. Mag. Ser., No. 5 (34), рр. 481–502.
Born, M. and Wolf, E. (1980), «Principles of Optics: Electromagnetic Theory of Propagation», Interference and Diffraction of Light, 6 ed., Pergamon Press, Oxford.
Mandel'shtam, L.I. (1972), Lektsii po optike, teorii otnositel'nosti i kvantovoi mekhanike, Nauka, M., 440 р.
Veselago, V.G. (1968), «The electrodynamics of substances with simultaneously negative values of ε and μ», Sov. Phys. Usp., No. 10, pp. 509–514, doi: 10.1070/PU1968v010n04ABEH003699.
Pendry, J.B., Holden, A.J., Robbins, D.J. and Stewart, W.J. (1999), «Magnetism from conductors and enhanced nonlinear phenomena», IEEE Trans. Microwave Theory Tech, Vol. 47. No. 11, pp. 2075–2084.
Smith, D.R. et al. (2000), «Composite medium with simultaneously negative permeability and permittivity», Phys. Rev. Lett., Vol. 84, No. 18, pp. 4184–4187.
Smith, D.R., Shelby, R.A. and Schultz, S. (2001), «Experimental verification of a negative index of refraction», Science, Vol. 292, рр. 77–79.
Smith, D.R., Shelby, R.A. and Schultz, S. (2004), «Design and measurement of anisotropic metamaterials that exhibit negative refraction», IEICE Trans. Electron, Vol. E87-C, No. 3, рр. 359–370.
Walser, R.M. (2000), «Elektromagnitnye Metamaterialy», Proc. SPIE, Vol. 4467, рр. 1–15.
Lakhtakia, A. and Mackay T.G. (2007), «Meet the metamaterials», Opt. and Photonic News, Vol. 18, No. 1, pp. 32–39.
Zouhdi, S., Sihvola, A., Arsalane, M. (2003), Advances in Electromagnetics of Complex Media and Metamaterials, Springer.
Tretyakov, S. (2003), Analytical Modeling in Applied Electromagnetics, Artech House.
Eleftheriades, G.V. and Balmain, K.G. (2005), «Negative-Refraction Metamaterials: Fundamental Principles and Applications», Wiley-IEEE Press.
Caloz, C. and Itoh, T. (2006), «Electromagnetic Metamaterials: Transmission Line Theory and Microwave Applications», Wiley-IEEE Press.
Engheta, N. and Ziolkowski, R.W. (2006), «Metamaterials: Physics and Engineering Explorations», Wiley-IEEE Press.
Sir Pendry, J.B. (2007), «Fundamentals and Applications of Negative Refraction in Metamaterials», Princeton University Press.
Marques, R., Martin, F. and Sorolla, M. (2007), «Metamaterials with Negative Parameters», Wiley.
Ramakrishna, S.A. and Grzegorczyk, T.M. (2009), «Physics and Applications of Negative Refractive Index Materials», SPIE and CRC Press.
Munk, B.A. (2009), Metamaterials: Critique and Alternatives, Wiley.
Nai, Dzh. (1967), Fizicheskie svoistva kristallov i ikh opisanie pri pomoshchi tenzorov i matrits, Mir, M., 286 р.
Fraden, J. (2015), Handbook of Modern Sensors: Physics, Designs, and Applications, Springer, New York, 758 p.
Korolyuk, S.L. Pilat, I.M. Samoilovich, A.G. et al. (1973), «Anizotropnye termoelementy», Fizika i tekhnika poluprovodnikov, Vol. 7 (4), pp. 725–734.
Babin, V.P., Gudkin, T.S., Dashevskii, Z.M. et al. (1974), «Iskusstvenno-anizotropnye termoelementy i ikh predel'nye vozmozhnosti», Fizika i tekhnika poluprovodnikov, No. 4, pp. 742–753.
Vol'pyan, O.D. and Kuz'michev, A.I. (2012), Otritsatel'noe prelomlenie voln. Vvedenie v fiziku i tekhnologiyu elektromagnitnykh metamaterialov, by Zvereva, G.M. (ed.), Avers, K., 360 p.
Kozlov, V.V. (2013), Obshchaya teoriya vikhrei, 2 ed., Institut komp'yuternykh issledovanii, M., 319 p.
Vlasov, A.N. et al. (2004), Energiya i fizicheskii vakuum, Stanitsa-2, Volgograd, 192 p.
Davidson, L. (2003), An Introduction to Turbulence Models. Department of Thermo and Fluid Dynamics Chalmers University of Technology Gӧteborg, Sweden.
Prokhorov, A.M., Alekseev, D.M., Bonch-Bruevich, A.M. et al. (ed.) (1984), Fizicheskii entsiklopedicheskii slovar', Sov. Entsiklopediya, M., 944 p.
Jiles, D. (1998), Introduction to Magnetism and Magnetic Materials, CRC Press, New York, 354 p.
Cullity, B.D. and Graham, C.D. (2008), Introduction to Magnetic Materials, 2-nd ed., John Wiley & Sons, Inc, Hoboken, New Jersey, 568 p.
Ashheulov, A.A., Derev’janchuk, M.Ja., Lavrenjuk, D.O. and Romanjuk, I.S. (2021), Anizotropnyj magnitnyj material, Patent Ukrai'ny No. 149946.
Ashheulov, A.A., Lavrenjuk, D.O. and Verenko, O.S. (2020), Koncentrator magnitnogo polja, Patent Ukrai'ny No. 141900.
Список використаної літератури:
Тамм И.Е. Основы теории электричества / И.Е. Тамм. – М. : Физматлит, 2003. – 616 с.
Андреева Е.Г. Исследование осесимметричной модели магнитной системы открытого типа / Е.Г. Андреева, А.А. Татевосян, И.А. Семина // Омский научный вестник. – 2010. – Вып. 1 (87). – С. 110–113.
Ashcheulov A. Effect of magnetic field concentration / A.Ashcheulov, M.Derevianchuk, D.Lavreniuk // Physics and Chemistry of Solid State. – 2022. – № 23 (1). – Р. 72–76. DOI: 10.15330/pcss.23.1.72-76.
Fresnel A. La loi des modifications que la réflexion imprime à la lumière polarisée / A.Fresnel. – Mem. Acad. R. Sci. Inst. France. – 1832. – № 11. – P. 393–433.
Maxwell J.C. A Treatise on Electricity and Magnetism / J.C. Maxwell // New York. – Dover. – 1954. – Vol. 1. – Р. 306–307.
Rayleigh L. On the influence of obstacles arranged in rectangular order on the properties of a medium / L.Rayleigh // Philos. Mag. Ser. – 1892. – № 5 (34). – Р. 481–502.
Born M. Principles of Optics: Electromagnetic Theory of Propagation / M.Born, E.Wolf // Interference and Diffraction of Light, 6 ed. – Oxford : Pergamon Press, 1980.
Мандельштам Л.И. Лекции по оптике, теории относительности и квантовой механике / Л.И. Мандельштам. – М. : Наука, 1972. – 440 с.
Veselago V.G. The electrodynamics of substances with simultaneously negative values of ε and μ / V.G. Veselago // Sov. Phys. Usp. – 1968. – № 10. – Р. 509–514. DOI: 10.1070/PU1968v010n04ABEH003699.
Magnetism from conductors and enhanced nonlinear phenomena / J.B. Pendry, A.J. Holden, D.J. Robbins, W.J. Stewart // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. – 1999. – Vol. 47. – № 11. – Р. 2075–2084.
Composite medium with simultaneously negative permeability and permittivity / D.R. Smith et al. // Phys. Rev. Lett. – 2000. – Vol. 84. – № 18. – Р. 4184–4187.
Smith D.R. Experimental verification of a negative index of refraction / D.R. Smith, R.A. Shelby, S.Schultz // Science. – 2001. – Vol. 292. – Р. 77–79.
Smith D.R. Design and measurement of anisotropic metamaterials that exhibit negative refraction / D.R. Smith, R.A. Shelby, S.Schultz // IEICE Trans. Electron. – 2004. – Vol. E87-C. – № 3. – Р. 359–370.
Walser R.M. Электромагнитные Метаматериалы / Walser R.M. // Proc. SPIE. – 2001. – Vol. 4467. – Р. 1–15.
Lakhtakia A. Meet the metamaterials / A.Lakhtakia, T.G. Mackay // Opt. and Photonic News. – 2007. – Vol. 18. – № 1. – Р. 32–39.
Zouhdi S. Advances in Electromagnetics of Complex Media and Metamaterials / S.Zouhdi, A.Sihvola, M.Arsalane. – Springer, 2003.
Tretyakov S. Analytical Modeling in Applied Electromagnetics / S.Tretyakov. – Artech House, 2003.
Eleftheriades G.V. Negative-Refraction Metamaterials: Fundamental Principles and Applications / G.V. Eleftheriades, K.G. Balmain // Wiley-IEEE Press, 2005.
Caloz C. Electromagnetic Metamaterials: Transmission Line Theory and Microwave Applications / C.Caloz, T.Itoh. – Wiley-IEEE Press, 2006.
Engheta N. Metamaterials: Physics and Engineering Explorations / N.Engheta, R.W. Ziolkowski. – Wiley-IEEE Press, 2006.
Sir J.B. Pendry. Fundamentals and Applications of Negative Refraction in Metamaterials / Sir J.B. Pendry. – Princeton University Press, 2007.
Marques R. Metamaterials with Negative Parameters / R.Marques, F.Martin, M.Sorolla. – Wiley, 2007.
Ramakrishna S.A. Physics and Applications of Negative Refractive Index Materials / S.A. Ramakrishna, T.M. Grzegorczyk. – SPIE and CRC Press, 2009.
Munk B.A. Metamaterials: Critique and Alternatives / B.A. Munk. – Wiley, 2009.
Най Дж. Физические свойства кристаллов и их описание при помощи тензоров и матриц / Дж.Най. – М. : Мир, 1967. – 286 с.
Fraden J. Handbook of Modern Sensors: Physics, Designs, and Applications / J.Fraden. – New York : Springer, 2015. – 758 p.
Анизотропные термоэлементы / С.Л. Королюк, И.М. Пилат, А.Г. Самойлович и др. // Физика и техника полупроводников. – 1973. – Т. 7 (4). – С. 725–734.
Искусственно-анизотропные термоэлементы и их предельные возможности / В.П. Бабин, Т.С. Гудкин, З.М. Дашевский и др. // Физика и техника полупроводников. – 1974. – № 4. – С. 742–753.
Вольпян О.Д. Отрицательное преломление волн. Введение в физику и технологию электромагнитных метаматериалов / О.Д. Вольпян, А.И. Кузьмичёв ; под ред. Г.М. Зверева. – К. : Аверс, 2012. – 360 с.
Козлов В.В. Общая теория вихрей / В.В. Козлов. – 2-е изд., испр. и доп. – М. : Институт компьютерных исследований, 2013. – 319 с.
Энергия и физический вакуум / А.Н. Власов и др. – Волгоград : Станица-2, 2004. – 192 с.
Davidson L. An Introduction to Turbulence Models. Department of Thermo and Fluid Dynamics Chalmers University of Technology Gӧteborg / L.Davidson. – Sweden, 2003.
Прохоров А.М. Физический энциклопедический словарь / гл. ред. А.М. Прохоров, ред. кол. Д.М. Алексеев, А.М. Бонч-Бруевич и др. – М. : Сов. Энциклопедия, 1984. – 944 с.
Jiles D. Introduction to Magnetism and Magnetic Materials / D.Jiles. – New York : CRC Press, 1998. – 354 p.
Cullity B.D. Introduction to Magnetic Materials / B.D. Cullity, C.D. Graham. – 2-nd ed. – Hoboken, New Jersey : John Wiley & Sons, Inc, 2008. – 568 p.
Анізотропний магнітний матеріал : Патент України № 149946 / А.А. Ащеулов, М.Я. Дерев’янчук, Д.О. Лавренюк, І.С. Романюк. – 2021.
Ащеулов А.А. Концентратор магнітного поля : Патент України № 141900 / А.А. Ащеулов, Д.О. Лавренюк, О.С. Веренко. – 2020.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 Микола Ярославович Дерев’янчук, Анатолій Анатолійович Ащеулов, Дмитро Олескандрович Лавренюк
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Автор, який подає матеріали до друку, зберігає за собою всі авторські права та надає відповідному виданню право першої публікації, дозволяючи розповсюджувати даний матеріал із зазначенням авторства та джерела первинної публікації, а також погоджується на розміщення її електронної версії на сайті Національної бібліотеки ім. В.І. Вернадського.
