超構(gòu)材料相關(guān)研究項(xiàng)目

Category: STEM國際競賽 Date: 2020年3月22日下午6:41

超構(gòu)材料指的是一類具有特殊性質(zhì)的人造材料。囊括了很多的物理知識。對于學(xué)生來說是一個(gè)比較大的挑戰(zhàn)。今天小編將要為大家推薦的科研項(xiàng)目需要涉及到超構(gòu)材料。課題的題目就是加州理工學(xué)院探究項(xiàng)目：用于相位調(diào)制的金屬-介質(zhì)混合超構(gòu)表面。

課題簡介

超構(gòu)材料（Metamaterial）指的是一類具有特殊性質(zhì)的人造材料，這些材料是自然界沒有的。超構(gòu)材料是一個(gè)跨學(xué)科的課題，囊括電子工程，凝聚態(tài)物理，微波，光電子學(xué)、經(jīng)典光學(xué)、材料科學(xué)、半導(dǎo)體科學(xué)以及納米科技等等。超構(gòu)材料擁有一些特別的性質(zhì)，比如讓光、電磁波改變它們的通常性質(zhì)，而這樣的效果是傳統(tǒng)材料無法實(shí)現(xiàn)的。

超構(gòu)材料的成分上沒有什么特別之處，它們的奇特性質(zhì)源于其精密的幾何結(jié)構(gòu)以及尺寸大小。其中的微結(jié)構(gòu)，大小尺度小于它作用的波長，因此得以對波施加影響。超構(gòu)材料的奇異性質(zhì)使它具有廣泛的應(yīng)用前景，從高接收率天線，到雷達(dá)反射罩甚至是地震預(yù)警。

該項(xiàng)目中，我們將學(xué)習(xí)超構(gòu)表面的工作原理，運(yùn)用布洛赫原理將模型簡化并計(jì)算一種用于相位調(diào)制的金屬-介質(zhì)混合超構(gòu)表面，深入理解幅度和相位調(diào)制等電磁特性。

科研方法

計(jì)算機(jī)仿真模擬

計(jì)算機(jī)仿真模擬是一種運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件建立抽象模型、模擬真實(shí)條件并進(jìn)行分析的技術(shù)。與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)相比，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)通過數(shù)學(xué)建模，解放了普通實(shí)驗(yàn)對于器材的苛刻要求，具有可多次進(jìn)行、反復(fù)試錯(cuò)的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，由于計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)黑箱化了復(fù)雜的理論推導(dǎo)與數(shù)據(jù)計(jì)算，能夠以直觀的方式呈現(xiàn)研究的成果，對于初次涉獵科學(xué)研究的高中生而言，也更為簡單易學(xué)、容易上手。

例如：在設(shè)計(jì)外太空的衛(wèi)星軌道時(shí)，受制于客觀條件，科研工作者無法在地球上重現(xiàn)外太空的環(huán)境，因此，只能借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算能力，對外太空的情況和衛(wèi)星的軌道進(jìn)行模擬、反復(fù)實(shí)驗(yàn)，并基于模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，完成科學(xué)的軌道設(shè)計(jì)。