Поверхневi електромагнiтнi хвилi на межi розподiлу одновiсного середовища, вкритого двовимiрним анiзотропним провiдним шаром

Abstract

У роботi дослiджено поверхневi електромагнiтнi хвилi на межi розподiлу iзотропного середовища з дiелектричною сталою εi та одноосьового метаматерiалу з анiзотропним тензором проникностi ˆ ε, вкритого двовимiрним анiзотропним провiдним шаром ˆ σ. Iз рiвнянь Максвелла та граничних умов було отримано загальне дисперсiйне рiвняння, яке було проаналiзовано i побудуванi iзочастотнi контури та розподiли електромагнiтних полiв у спрощених випадках: iзотропне середовище (ˆ ε = εi) iз двовимiрним шаром провiдностi, де розповсюджуються поверхневий плазмон-поляритони; одновiсний метаматерiал, що характеризуєтьсяˆ ε iз однородним середовищем εi при ˆ σ = 0 iз д’яконовськими хвилями (Dyakonow Surface Waves (DSW)). У гiперболiчному режимi одновiсного метаматерiалу, за εz < 0 спостерiгається режим каналювання. Iзочастотнi контури й чисельнi симуляцiї в COMSOL Multiphysics пiдтверджують спрямованiсть електромагнiтних локалiзованих хвиль.

In this work, we study surface electromagnetic waves at the interface between an isotropic medium with permittivity εi and a uniaxial metamaterial with anisotropic permittivity tensor ˆ ε, covered by a two-dimensional anisotropic conductive layer ˆ σ. From Maxwell’s equations and the boundary conditions, a general dispersion equation is derived and then examined by constructing isofrequency contours and field distributions in simplified cases: an isotropic medium (ˆ ε = εi) with a two-dimensional conductive sheet supporting surface plasmon–polaritons (SPP); a uniaxial metamaterial characterized by ˆ ε adjacent to a homogeneous medium εi with ˆ σ = 0, giving rise to Dyakonov surface waves (DSW). In the hyperbolic regime of the uniaxial metamaterial (with εz < 0), a channeling regime is observed. Isofrequency contours and numerical simulations in COMSOL Multiphysics confirm the directionality and localization of these .