Numerisk homogenisering av metamaterialer

Når man skal designe metamaterialer og/eller forstå egenskapene deres, trengs det algoritmer for å beregne den effektive permittiviteten og permeabiliteten. Denne oppgaven går ut på å utvikle en numerisk algoritme på datamaskin for å beregne disse, til et vilkårlig metamateriale som funksjon av frekvens og bølgetall. Oppgaven vil bestå i først et lite litteraturstudium, deretter analytiske argumenter og programmering av den numeriske algoritmen.

Metamaterialer er kunstige, periodiske strukturer der gitterkonstanten er mye mindre enn en bølgelengde. Dermed vil materialet ideelt se ut som et homogent medium, med en effektiv permeabilitet og permittivitet. Man kan oppnå permeabiliteter og permittiviteter som ikke finnes i naturlige materialer. F.eks. har det blitt demonstrert negative parametre, som igjen gir negativ brytningsindeks. Slike materialer kan brukes til å lage perfekte linser (som kan oppløse detaljer mindre enn en bølgelengde). Man kan også lage mer kompliserte, anisotrope materialer som kan implementere en vilkårlig transformasjon av det elektromagnetiske feltet, slik som den som trengs for å få til en usynlighetskappe.

Fordi gitterkonstanten må være mye mindre enn en bølgelengde, er det lettest å lage metamaterialer for bruk innen radio- og mikrobølgeteknologi. Det er en rekke interessante anvendelser her, f.eks. effektive, miniatyriserte antenner. Etter hvert som man kan strukturere materialene på nanonivå, kan metamaterialene å få stor betydning innen fotonikk/optikk.

Oppgaven passer for studenter som har hatt et bachelor-emne i elektromagnetisme, og som liker matematikk og/eller numerikk. Oppgaven vil kunne ende med publisering i internasjonale konferanser eller tidsskrifter.

Veileder:
Johannes Skaar, tlf. 48497352, johannes.skaar@its.uio.no, som selv er meget interessert i disse temaene og vil følge opp studentene i stor grad.

Publisert 9. nov. 2017 22:36 - Sist endret 9. nov. 2017 22:38

Veileder(e)

Omfang (studiepoeng)

60