En física , ingeniería y ciencia de los materiales , los materiales bi-isotrópicos tienen la propiedad óptica especial de que pueden rotar la polarización de la luz en refracción o transmisión . Esto no significa que todos los materiales con efecto de torsión caigan en la clase bi-isotrópica. El efecto de torsión de la clase de materiales bi-isotrópicos es causado por la quiralidad y la no reciprocidad de la estructura de los medios, en los que el campo eléctrico y magnético de una onda electromagnética (o simplemente, la luz) interactúan de manera inusual.
Definición
Para la mayoría de los materiales, el campo eléctrico E y el campo de desplazamiento eléctrico D (así como el campo magnético B y el campo magnético inductivo H ) son paralelos entre sí. Estos medios simples se denominan isotrópicos y las relaciones entre los campos se pueden expresar mediante constantes. Para materiales más complejos, como cristales y muchos metamateriales, estos campos no son necesariamente paralelos. Cuando un conjunto de campos son paralelos y un conjunto no lo es, el material se denomina anisotrópico . Los cristales normalmente tienen campos D que no están alineados con los campos E , mientras que los campos B y H permanecen relacionados por una constante. Los materiales en los que ninguno de los dos campos es paralelo se denominan anisotrópicos.
En medios bi-isotrópicos, los campos eléctricos y magnéticos están acoplados. Las relaciones constitutivas son
D , E , B , H , ε y μ corresponden a las cualidades electromagnéticas habituales. ξ y ζ son las constantes de acoplamiento, que es la constante intrínseca de cada medio.
Esto puede generalizarse al caso en el que ε , μ , ξ y ζ son tensores (es decir, dependen de la dirección dentro del material), en cuyo caso el medio se denomina bianisotrópico . [1]
Constante de acoplamiento
ξ y ζ pueden estar más relacionados con el parámetro Tellegen (denominado reciprocidad) χ y quiralidad κ
después de la sustitución de las ecuaciones anteriores en las relaciones constitutivas, da
Clasificación
no quiral | quiral | |
---|---|---|
recíproco | medio isotrópico simple | Medio Pasteur |
no recíproco | Medio Tellegen | Medio bi-isotrópico general |
Ejemplos de
Los medios Pasteur se pueden fabricar mezclando hélices metálicas de una mano en una resina. Se debe tener cuidado para asegurar la isotropía: las hélices deben estar orientadas al azar para que no haya una dirección especial. [2] [3]
El efecto magnetoeléctrico se puede entender desde la hélice como está expuesta al campo electromagnético. La geometría de la hélice se puede considerar como un inductor . Para tal estructura, el componente magnético de una onda EM induce una corriente en el cable e influye aún más en el componente eléctrico de la misma onda EM.
De las relaciones constitutivas, para Pasteur media, χ = 0,
Por tanto, el campo D se retrasa en una fase i debido a la respuesta del campo H.
El medio Tellegen es lo opuesto al medio Pasteur, que es electromagnético: el componente eléctrico hará que el componente magnético cambie. Tal medio no es tan sencillo como el concepto de mano. Los dipolos eléctricos unidos con imanes pertenecen a este tipo de medios. Cuando los dipolos se alinean con el componente del campo eléctrico de la onda EM, los imanes también responderán, ya que están unidos entre sí. Por tanto, el cambio de dirección de los imanes cambiará el componente magnético de la onda EM, y así sucesivamente.
De las relaciones constitutivas, para Tellegen media, κ = 0,
Esto implica que el campo B responde en fase con el campo H.
Ver también
Referencias
- ^ Mackay, Tom G .; Lakhtakia, Akhlesh (2010). Anisotropía electromagnética y bianisotropía: una guía de campo . Singapur: World Scientific. Archivado desde el original el 13 de octubre de 2010 . Consultado el 11 de julio de 2010 .
- ^ Lakhtakia, Akhlesh (1994). Campos de Beltrami en Chiral Media . Singapur: World Scientific. Archivado desde el original el 3 de enero de 2010 . Consultado el 11 de julio de 2010 .
- ^ Lindell, IV; Shivola, AH; Tretyakov, SA; Viitanen, AJ Ondas electromagnéticas en medios quirales y bi-isotrópicos .