在致密的CuCr2Se4–CoCr2Se4二元尖晶石体系中,存在具有双重负电磁参数的随机超材料

《Dalton Transactions》:Random metamaterials with double negative electromagnetic parameters in dense CuCr2Se4–CoCr2Se4 binary spinels

【字体: 时间:2025年09月19日 来源:Dalton Transactions 3.3

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  铬基硒化钴铬复合材料的双负特性研究:通过固相反应制备的(1?x)CuCr2Se4·xCocr2Se4在MHz频段实现负ε和负μ,x=0.2时841–1000MHz,x=0.4时638–1000MHz,x=0.6时484–1000MHz。负ε源于载流子等离子振荡(Drude模型),负μ由低导电性抑制涡流实现,克服趋肤效应限制。该设计降低电磁衰减并增强磁响应,为单相双负材料开发提供理论依据,适用于低频近场应用。

  

同时具有负介电常数(ε < 0)和负磁导率(μ < 0)的超材料具有优异的电磁特性,能够实现诸如亚波长成像、无线能量传输和先进天线系统等高级应用。基于铬的硒尖晶石复合材料已成为随机双负超材料(DNMs)的有希望的候选材料,尽管实现可调且理想的双负特性仍然具有挑战性。本研究选择了CoCr2Se4,该材料在高频场下具有较高的磁自旋共振性能且导电性较低,用于调节基于CuCr2Se4的复合材料的电磁特性。通过固态反应合成了一系列(1 ? x)CuCr2Se4·xCoCr2Se4样品。在MHz频率范围内观察到了双负特性:当x = 0.2时,频率范围为841–1000 MHz;当x = 0.4时,频率范围为638–1000 MHz;当x = 0.6时,频率范围为484–1000 MHz。负介电常数是由离域载流子的等离子体振荡引起的,这一现象可以通过Drude模型很好地解释。而负磁导率则是由于CoCr2Se4的低导电性抑制了涡流,从而减轻了皮肤深度效应的限制并增强了磁共振效果。这种复合材料设计不仅减少了电磁衰减,还在交变场下提高了磁响应性。通过明确选择金属铁磁尖晶石复合材料的依据,本研究加深了对负εμ特性的理论理解及其调节机制,拓宽了超材料的研究领域,并促进了单相双负材料的发展,尤其是在低频近场应用方面。

图形摘要:具有双负电磁特性的随机超材料,由密集的CuCr2Se4–CoCr2Se4二元尖晶石组成
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