Elektromágneses hullámterjedés mesterséges nanoszerkezetekben

Electromagnetic Waves in Artificial Nanostructures

A tantárgyleírás hatályossága

Hatályosság kezdete:

—

Hatályosság vége:

—

Tantárgy neve (magyarul, angolul)

Elektromágneses hullámterjedés mesterséges nanoszerkezetekben

Electromagnetic Waves in Artificial Nanostructures

Tantárgykód

BMEVIHVAV00

Tantárgyjelleg

—

Képzési szint

—

Kurzustípusok és óraszámok (heti/féléves)

Kurzustípus	elmélet	gyakorlat	laboratóriumi gyakorlat
óraszám (heti)	4	0	0
jelleg (kapcsolt/önálló)	—	—	—

Tanulmányi teljesítmény/értékelés típusa

vizsga

Tantárgy kreditértéke

Tantárgyfelelős

Szabó Zsolt

elérhetőség: szabo.zsolt@gpk.bme.hu

Tantárgyat gondozó oktatási szervezeti egység

—

Kar

Tantárgy weboldala

—

Tantárgy elsődleges mintatantervi jellege

—

Közvetlen előkövetelmények – Erős előkövetelmény

nincs

Közvetlen előkövetelmények – Gyenge előkövetelmény

nincs

Közvetlen előkövetelmények – Párhuzamos előkövetelmény

nincs

Közvetlen előkövetelmények – Mérföldkő előkövetelmény

nincs

Közvetlen előkövetelmények – Kizáró feltétel

nincs

Célkitűzés

Tantárgyprogram

1. A Mikroszkopikus Maxwell Egyenletek teljes rendszere. Hullámegyenlet és mértékválasztás. Retardált potenciálok. Az elektromágneses tér forrásai.

2. Elektromos és mágneses dipólus sugárzása. Az elektromos és mágneses dipólusok kisugárzott teljesítményeinek aránya. Az anyag, mint sugárzó dipólusok szuperpozíciója. Mágneses momentum precessziója állandó és homogén külső térben. A precesszió átlagos ideje.

3. Az elektromágneses anyagparaméterek frekvenciafüggése. Szigetelők elektromos permittivitása. Fémek elektromos permittivitása. Az anyagparaméterek változása a nanométeres tartományban. Anizotrop anyagok.

4. Elektromágneses hullámok reflexiója és transzmissziója izotróp anyagú vékonyrétegeken.

5. A plazmonika alapjai. Szigetelő-fém struktúrák. Szigetelő-fém-szigetelő és fém-szigetelő-fém struktúrák. Plazmonikus hullámvezetők, szenzorok.

6. Mesterséges elektromágneses anyagok a térszámításban: mesterséges elnyelő peremfeltételek alkalmazása a numerikus térszámításban és ennek szemléltetése az időbeli véges differenciák (FDTD) módszerének segítségével.

7. Elektromágneses terek szóródása tetszőleges alakú részecskéről. Szóródás gömb alakú részecskéről. Nanoantennák.

8. Kompozit anyagok. Maxwell-Garnett és Brugemann féle keverési törvények.

9. Rádiófrekvenciás és mikrohullámú periodikus szerkezetek, frekvencia választó felületek, PEC, PMC.

10. Metaanyagok. A negatív törésmutató fogalma. Elektromágneses hullámok negatív törésmutatójú metaanyagokban. Metaanyagok homogenizálása, az effektív anyagparaméterek meghatározása. Elektromos permittivitás tervezése: periodikus fémes nanohuzalok és nanoszerkezetek effektív permittivitása. Mágnesesség az optikai frekvenciákon. Rezonáló fémes szerkezetek permeabilitása. Split ring resonator és fishnet típusú struktúrák. Metaanyagok alkalmazási lehetőségei: diffrakciós határ alatti felbontás, elektromágneses elrejtés, nemkonvencionális nanolitográfia.

11. Fotonikus kristályok. Bragg törvény. 1D fotonikus kristály tiltott sávjainak számítása. Két és háromdimenziós fotonikus kristályok. Diszperziós egyenletek. Optikai tiltott sávok numerikus számítása. Fotonikus kristály alapú optikai eszközök: üregrezonátorok és hullámvezetők.

12. Kitekintés: optikai, plazmonikus és elektromos rendszerek integrálása.

A tantárgy bevezetést nyújt az elektromágneses hullámok és a mesterséges szerkezetek (kompozit anyagok, metaanyagok és fotonikus kristályok) kölcsönhatásának elméletébe. Ismerteti a fizikai jelenségeket, bemutatja a leggyakrabban használt elektromágneses struktúrákat és az ezeken alapuló eszközöket. A Mikroszkopikus Maxwell Egyenletekből kiindulva tárgyalja a szükséges elektromágneses ismeretek és bemutatja a különféle szerkezetek segítségével létrehozható eszközök mérnöki tervezését.

Tanulmányi eredmények

Ez a tantárgy a KKK rendeletben meghatározott, következő kompetenciák fejlesztését szolgálja:

Tudás

Nincsenek rögzített tanulási eredmények.

Képességek

Nincsenek rögzített tanulási eredmények.

Attitűd

Nincsenek rögzített tanulási eredmények.

Autonómia és felelősség

Nincsenek rögzített tanulási eredmények.

Oktatási módszertan

Előadás és számítógépes gyakorlatok az előadások keretében.

Tanulástámogató anyagok

Online források

1. D. J. Griffiths, Introduction to; Electrodynamics, Third Edition, Pearson, Addison Wesly, 1999.; 2. C. F.; Bohren, D. R. Huffman, Absorption and Scattering of Light by Small Particles, Wiley-VCH; Verlag GmbH & Co. KGaA, 2004.; 3. A.; Sihvola, Electromagnetic Mixing Formulae and Applications, The Institution of; Engineering and Technology, 2000.; 4. B. Munk, Frequency Selective Surfaces: Theory and Design, John Willey & Sons, 2000.; 5. L. Solymár and E. Shamonina, Waves; in Metamaterials. Oxford, University Press, 2009; 6. J. D. Joannopoulos, S. G. Johnson, J. N. Winn, R. D. Meade, Photonic Crystals, Molding the Flow of Light, Second; Edition, Princeton University Press, 2008.

A tantárgy teljesítéséhez ajánlott előzetes ismeretek

Tudás típusú kompetenciák

(azon előzetes ismeretek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)

Fizika, Elektromágneses terek.

Képesség típusú kompetenciák

(azon előzetes képességek és készségek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)

nincs

Ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák

(azon ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák összessége, amelyek jelentősen hozzájárulnak a tantárgy eredményes teljesítéséhez)

Fizika, Elektromágneses terek.

Általános szabályok

Követelmények: a. A szorgalmi időszakban: szóbeli beszámoló az önállóan kidolgozandó feladathoz kapcsolódó irodalomról. b. A vizsgaidőszakban: önállóan kidolgozandó feladat elkészítése, és a megoldás prezentálása. Elővizsga: nincs. Pótlási lehetőségek: A beszámoló a pótlási héten pótolható.

Teljesítményértékelési módszerek

Szorgalmi időszakban végzett teljesítményértékelések részletes leírása

Nincs megadva részletes értékelés.

Szorgalmi időszakban végzett teljesítményértékelések részaránya

Nincs megadva részarány.

Vizsgaidőszakban végzett teljesítményértékelések részletes leírása

Nincs megadva részletes értékelés.

Vizsgarészek részaránya

Nincs megadva részarány.

Érdemjegy megállapítása

Nincs megadva érdemjegy határ.

Jelenléti és részvételi követelmények

Nincs megadva jelenléti követelmény.

Javítás, ismétlés és pótlás különös szabályai

Nincs megadva.

Rövid leírás

Nincs megadva.

Részletes leírás

Nincs megadva.

Ajánlott tantárgyak

Előtanulmányi követelmény nincs.

A tantárgy elvégzéséhez szükséges tanulmányi munka

Nincs megadva munkaidő bontás.

Tantárgykövetelmények hatályossága

Tantárgykövetelmények hatályosságának kezdete:

—

Tantárgykövetelmények hatályosságának vége:

—

Tantervi elhelyezés

Nincsenek rögzített tantervi elhelyezések ehhez a tárgyverzióhoz.