Локальная отрицательная магнитная проницаемость и возможность наблюдения бризерных возбуждений в магнитных метаматериалах

Abstract

Показано, что длинноволновая динамика и магнитные свойства одномерных систем, построенных из индуктивно и емкостно связанных разомкнутых кольцевых резонаторов, описываются нелинейными дисперсионными регуляризованными уравнениями Клейна–Гордона. Найдено, что в таких системах высокочастотное магнитное поле возбуждает динамические солитоны на «пьедестале» — устойчивые бризеры, осциллирующие в противофазе по отношению к фону однородных колебаний, что означает существование в системе областей с отрицательной магнитной проницаемостью. Дополненная средой с отрицательной диэлектрической проницаемостью такая система образует «левосторонний» метаматериал, в котором области с бризерными возбуждениями оказываются прозрачными для электромагнитного излучения, что делает возможным их экспериментальное наблюдение.

Показано, що довгохвильова динаміка та магнітні властивості одновимірних систем, які побудовані із індуковано і ємнісно зв’язаних розімкнутих кільцевих резонаторів, описуються нелінійними дисперсійними регуляризованими рівняннями Клейна–Гордона. Знайдено, що в таких системах високочастотне магнітне поле збуджує динамічні солітони на «п’єдесталі» — стійкі бризери, які осцилюють у протифазі по відношенню до фону однорідних коливань, що означає існування в системі областей з від’ємною магнітною проникністю. Доповнена середовищем з від’ємною діелектричною проникністю така система утворює «лівосторонній» метаматеріал, в якому області із бризерними збудженнями виявляються прозорими для електромагнітного випромінювання, що робить можливим їх експериментальне спостереження.

It is shown that the long-wave dynamics and magnetic properties of one-dimensional systems built of the inductively and capacitively coupled split ring resonators are described by the regularized nonlinear dispersive Klein–Gordon equations. It is found that in such systems the high-frequency magnetic field excites dynamic solitons on the “pedestal”, stable breathers, oscillating in the opposite phase with respect to the background of uniform oscillations, that means the existence of regions with the negative magnetic permeability in the system. Such a system supplemented by medium with the negative permittivity forms a “left-handed” metamaterial in which the regions with the breather excitations are transparent to electromagnetic radiation, which makes it possible to observe them experimentally.