В физике , инженерии и материаловедении биизотропные материалы обладают особым оптическим свойством, которое заключается в том, что они могут вращать поляризацию света как при преломлении, так и при пропускании . Это не означает, что все материалы с эффектом поворота попадают в класс биизотропных материалов. Эффект поворота класса биизотропных материалов обусловлен хиральностью и невзаимностью структуры среды, в которой электрическое и магнитное поле электромагнитной волны (или просто света) взаимодействуют необычным образом.
Для большинства материалов электрическое поле E и электрическое поле смещения D (а также магнитное поле B и индуктивное магнитное поле H ) параллельны друг другу. Эти простые среды называются изотропными , а соотношения между полями можно выразить с помощью констант. Для более сложных материалов, таких как кристаллы и многие метаматериалы, эти поля не обязательно параллельны. Когда один набор полей параллелен, а другой нет, материал называется анизотропным . Кристаллы обычно имеют поля D , которые не выровнены с полями E , в то время как поля B и H остаются связанными константой. Материалы, в которых любая пара полей не параллельна, называются анизотропными.
В биизотропных средах электрические и магнитные поля связаны. Определяющие соотношения следующие:
D , E , B , H , ε и μ соответствуют обычным электромагнитным качествам. ξ и ζ — константы связи, которые являются собственной константой каждой среды.
Это можно обобщить на случай, когда ε , μ , ξ и ζ являются тензорами (т.е. они зависят от направления внутри материала), в этом случае среда называется бианизотропной . [1]
ξ и ζ могут быть дополнительно связаны с параметром Теллегена (называемым взаимностью) χ и параметром хиральности κ
после подстановки приведенных выше уравнений в определяющие соотношения, получаем
Пастеровские среды можно изготовить, смешав металлические спирали односторонности со смолой. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы обеспечить изотропность: спирали должны быть ориентированы случайным образом, чтобы не было никакого особого направления. [ 2] [3]
Магнитоэлектрический эффект можно понять из спирали, поскольку она подвергается воздействию электромагнитного поля. Геометрию спирали можно рассматривать как индуктор . Для такой структуры магнитная составляющая ЭМ волны индуцирует ток в проводе и далее влияет на электрическую составляющую той же ЭМ волны.
Из основных соотношений для сред Пастера χ = 0,
Следовательно, поле D задерживается на фазу i из-за реакции поля H.
Среда Теллегена является противоположностью среды Пастера, которая является электромагнитной: электрический компонент вызовет изменение магнитного компонента. Такая среда не так проста, как концепция хандированности. Электрические диполи, связанные с магнитами, относятся к этому типу сред. Когда диполи выстраиваются в соответствии с компонентом электрического поля ЭМ волны, магниты также будут реагировать, поскольку они связаны вместе. Изменение направления магнитов, следовательно, изменит магнитный компонент ЭМ волны и так далее.
Из определяющих соотношений для сред Теллегена κ = 0,
Это означает, что поле B реагирует синфазно с полем H.
