加州理工学院探究项目:用于相位调制的金属-介质混合超构表面

Description

加州理工学院探究项目

用于相位调制的金属-介质混合超构表面

课题简介

超构材料(Metamaterial)指的是一类具有特殊性质的人造材料,这些材料是自然界没有的。超构材料是一个跨学科的课题,囊括电子工程,凝聚态物理,微波,光电子学、经典光学、材料科学、半导体科学以及纳米科技等等。超构材料拥有一些特别的性质,比如让光、电磁波改变它们的通常性质,而这样的效果是传统材料无法实现的。

超构材料的成分上没有什么特别之处,它们的奇特性质源于其精密的几何结构以及尺寸大小。其中的微结构,大小尺度小于它作用的波长,因此得以对波施加影响。超构材料的奇异性质使它具有广泛的应用前景,从高接收率天线,到雷达反射罩甚至是地震预警。

该项目中,我们将学习超构表面的工作原理,运用布洛赫原理将模型简化并计算一种用于相位调制的金属-介质混合超构表面,深入理解幅度和相位调制等电磁特性。

 

科研方法

计算机仿真模拟

计算机仿真模拟是一种运用计算机软件建立抽象模型、模拟真实条件并进行分析的技术。与传统的实验相比,计算机模拟技术通过数学建模,解放了普通实验对于器材的苛刻要求,具有可多次进行、反复试错的优点。同时,由于计算机模拟技术黑箱化了复杂的理论推导与数据计算,能够以直观的方式呈现研究的成果,对于初次涉猎科学研究的高中生而言,也更为简单易学、容易上手。

例如:在设计外太空的卫星轨道时,受制于客观条件,科研工作者无法在地球上重现外太空的环境,因此,只能借助计算机强大的运算能力,对外太空的情况和卫星的轨道进行模拟、反复实验,并基于模拟实验的结果,完成科学的轨道设计。


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授课导师

1. 加州理工学院博士

2. 多次以第一作者身份在optics express等重要期刊上发表学术论文

3. 研究方向:电子工程、光学

 

课题要求

本课题适合: 9-12 年级学生,有较强的逻辑思维和抽象思维能力

1. 英文:
(1)具备基本的学术英语阅读能力;
(2)接触过英文写作,有论文写作经验者更佳;

 

2. 数学:
(1)统计基础;
(2)微积分和线性代数基础;

 

3. 计算机:
(1)Python 基础 (基础数据结构、条件、循环、方法);
(2)Numpy, Pandas, Seaborn, Scikit-Learn (了解这些工具的用途、如何利用技术文档即可,具体使用可以在课程中逐渐掌握)