水基液态超构材料的Fano共振及多物理场调控研究

The research on Fano resonance, which is characterized by asymmetry and abrupt narrow band profile, is extremely importance for local field enhancement and slow-wave applications. This project aims at Fano resonance and related multi-field tuning behavior of liquid metamaterial based on water. Firstly, the electromagnetic scattering behavior of water droplet will be studied. Then, the method to control electric and magnetic resonances of water droplet on the same frequency as well as negative index metamaterial will be developed. The coupling effect and related underlying physics between unit cells of liquid metamaterial will be clarified. After the exploration of the local field enhancement, electrically and magnetically induced Fano resonance of liquid metamaterial will be developed. The ion concentration influences on Fano resonance, especially the transition of Fano resonance arising from Mie resonance to sproof plasmon resonance will be explored. At last, the impact of multi field including temperature, stress, and microwave on the electrical properties of water and Fano resonance will be studied. In this project, liquid metamaterial based on water possesses the unique properties of ease control of microstructure design and various resonance modes . It is definetely useful for the deep exploration of underlying physics of Fano resonance, as well as pushing forwards the development of various fields such as filter, high-sensitivity detector, nonlinear effect and so on.

Fano共振具有非对称、窄带、陡峭等波谱特征，在局域场增强、慢波效应等领域具有重要意义。本项目由波（场）与物质相互作用出发，拟开展水基液态超构材料的Fano电磁共振及多物理场调控研究。研究基于纯水液滴的电磁散射特性，探索液滴的电、磁模态同频共振的方法，发展具有负折射率的液滴超构材料；阐明水基微结构单元间相互耦合机制及电磁强局域“热点”特性，发展电场、磁场激励的Fano共振；研究导电离子浓度对水基超构材料的Fano共振影响规律，探索米氏谐振与仿等离子共振的转变机制；揭示温度场、应力场、微波场等对水物理特性的影响规律，发展多物理场调控Fano共振的有效方法。本项目中超构材料由液态水作为基本材料，具有构型可控、模态多元等特点，有助于Fano共振物理机制的深度挖掘，对推动窄带滤波、高灵敏探测、非线性效应等领域发展具有重要的科学意义和应用价值。

本项目采用水基人工微结构单元，探究了纯水基超构材料米氏电、磁谐振特性，揭示电、磁谐振构型约束影响规律；阐明微结构单元间耦合机制，发展温度可调纯水基超构材料Fano共振的方法，揭示温度场、应力场、微波场等多物理场对水物理特性的影响规律，发展多物理场调控 Fano共振的有效方法；阐明纯水Mie谐振、掺杂离子水溶液仿等离子谐振、液态金属等离子谐振之间的演变机制；发展液态材料梯度超构表面的设计方法，阐明液态梯度超构表面对电磁波波前的调控机制。.由波（场）与物质相互作用出发，拟开展水基液态超构材料 Fano 电磁共振及多物理场调控研究。研究基于纯水液滴的电磁散射特性，探索液滴的电、磁模态同频共振的方法；阐明单元相互耦合机制及电磁强局域“热点”特性，发展电场和磁场激励下液态超构材料的 Fano 共振；研究离子浓度对水基超构材料Fano 共振影响规律，探索由米氏谐振向仿等离子共振的转变机制；揭示温度场、应力场、微波场等多物理场对水物理特性的影响规律，发展多物理场调控 Fano共振的有效方法。.具体研究内容主要有以下几个方面：.1）纯水液滴的米氏电、磁谐振的调制研究.研究高介电常数水滴的电磁散射特性，分析水滴的多级米氏电谐振和磁谐振，揭示水滴的磁谐振、电谐振的构型约束影响规律，探索水滴的磁谐振与电谐振同频震荡方法，发展低损耗的负折射率甚至零折射率的水滴超构材料。.2）基于纯水超构材料的 Fano 共振研究.研究基于纯水的各类微结构的电磁谐振行为，探索对称破缺形成 Fano 共振的有效机制；研究低聚体超构材料的超辐射、亚辐射的共振模态，阐明低聚体单元间的电、磁耦合机制，发展电场、磁场激励下 Fano共振，探索微结构单体产生超辐射、亚辐射模态的方法，分析电场、磁场强局域“热点”形成机制与强度分布的调控机理。.3）基于掺杂离子水超构材料 Fano 共振机制演变研究.发展纯水与导电离子溶液融合后离子浓度的调控方法，研究离子浓度对水的介电、电导等影响规律，阐述基于掺杂离子水的超构材料的电磁谐振行为，着重分析超构材料的米氏谐振与仿等离子共振随离子浓度变化的演变机制，阐述不同谐振机制下液态超构材料 Fano共振的变化规律。.4）液态超构材料 Fano 的多物理场调控研究.研究液态超构材料的 Fano 共振随温度变化特性及非线性特性，分析水溶液液固相变过程中介电突变时谐振模态的变化规律。