Электромагнитные волны в метаматериалах, помещенных в магнитное поле

Приведены результаты теоретического анализа оптических свойств метаматериалов, помещенных в однородное магнитное поле. Получены выражения для дисперсионных кривых электромагнитных волн метаматериалов с учетом взаимодействия электромагнитного излучения с аксионными волнами, характеризующимися псевдоскалярной поляризацией. Показано, что в спектральной области, соответствующей отрицательному показателю преломления, присутствует запрещенная зона, спектральная ширина которой сравнима с энергией покоя аксионов. Вблизи краев фотон-аксионной зоны предсказано аномальное уменьшение групповой скорости электромагнитных и аксионных волн, приводящее к повышению эффективности процессов фотон-аксионной конверсии.

Литература

[1] Yablonovitch E. Inhibited Spontaneous Emission in Solid-State Physics and Electronics // Phys. Rev. Letters. 1987. Vol. 58. Iss. 20. Р. 2059-2062.

[2] John S. Strong localization of photons in certain disordered dielectric superlattices // Phys. Rev. Letters. 1978. Vol. 58. Iss. 23. Р 2486-2506.

[3] Optical spectroscopy of opal matrices with CdS embedded in its pores: Quantum confinement and photonic band gap effects / V.N. Astratov, V.N. Bogomolov, A.A. Kaplyanskii, A.V. Prokofiev, L.A. Samoilovich, S.M. Samoilovich, Yu.A. Vlasov // Nuovo Cimento. 1995. Vol. 17D. Iss. 11-12. Р 1349-1354.

[4] Photonic band gap in the visible range in a three-dimensional solid state lattice / V.N. Bogomolov, S.V. Gaponenko, A.M. Kapitonov, A.V. Prokofiev, A.N. Ponyavina, N.I. Silvanovich, S.M. Samoilovich // Applied Physics A. 1996. Vol. 63. Iss. 6. Р 613-616.

[5] Smith D.R., Pendry J.B., Wiltshire M.C.K. Metamaterials and Negative Refractive // Index. Science. 2004. Vol. 305. Р 788-792.

[6] Веселаго В.Г. Электродинамика материалов с отрицательным коэффициентом преломления // УФН. 2003. T. 173. № 7. C. 790-794. DOI: 10.1070/PU2003v046n07ABEH001614

[7] Pendry J.B., Smith D.R. Reversing light with negative refraction // Physics Today. 2004. Vol. 57. No. 6. Р 37-43.

[8] Proposed experiment to produce and detect light pseudoscalars / K. van Bibber, N.R. Dagdeviren, S.E. Koonin, A.K. Kerman, H.N. Nelson // Phys. Rev. Letters, 1987. Vol. 59. Iss. 7. Р 759-762.

[9] High resolution search for dark-matter axions / L.D. Duffy, P. Sikivie, D.B. Tanner, S.J. Asztalos, C. Hagmann, D. Kinion, L.J. Rosenberg, K. van Bibber, D.B. Yu, R.F. Bradley // Phys. Rev. D. 2006. Vol. 74. Iss. 1. Р 012006-1-012006-11.

[10] Sikivie P., Tanner D.B., Van Bibber K. Resonantly Enhanced Axion-Photon Regeneration // Phys. Rev. Letters. 2007. Vol. 98. Iss. 17. Р 172002-172006.

[11] Experimental Limit on Optical-Photon Coupling to Light Neutral Scalar Bosons / A. Afanasev, O.K. Baker, K.B. Beard, G. Biallas, J. Boyce, M. Minarni, R. Ramdon, M. Shinn, P. Slocum // Phys. Rev. Letters. 2008. Vol. 101. Iss. 12. Р. 120401-1120401-10.

[12] Okun’ L.B. Limits on electrodynamics: paraphotons? // Journal of Experimental and Theoretical Physics. 1982. Vol. 56. No. 3. Р. 502-505.

[13] Hoffmann S. Paraphotons and axions: Similarities in stellar emission and detection // Phys. Letters B. 1987. Vol. 193. Iss. 1. Р 117-122.

[14] Limits on Light Scalar and Pseudoscalar Particles from a Photon Regeneration Experiment / G. Ruoso, R. Cameron, G. Cantatore, A. Melissinos, Y. Semertzidis, H. Halama, D. Lazarus, A. Prodell, F. Nezrick, C. Rizzo, E. Zavattini // Zeitschrift fur Physik C: Particles and Fields. 1991. Vol. 56. Р 505-508.

[15] Search for nearly massless. Weakly coupled particles by optical techniques / R. Cameron, G. Cantatore, A.C. Melissinos, G. Ruoso, Y. Semertzidis, H.J. Halama, D.M. Lazarus, A.G. Prodell, F. Nezrick, C. Rizzo, E. Zavattini // Phys. Rev. D. 1993. Vol. 47. Iss. 9. Р 3707-3725.

[16] Агранович В.М., Гинзбург В.Л. Кристаллооптика с учетом пространственной дисперсии и теория экситонов. М.: Наука, 1979. 432 c.

[17] Сивухин Д.В. Об энергии электромагнитного поля в диспергирующих средах // Оптика и спектроскопия. 1957. Т. 3. Вып. 4. С. 308-312.

[18] Agranovich V.M., Ginzburg V.L. Theory of Raman scattering of light with formation of polaritons (real excitons) // Soviet Physics Jetp. 1972. Vol. 34. No. 3. P. 662-667.

[19] Hoffmann C., Lefloch F., Sanquer M. Mesoscopic transition in the shot noise of diffusive superconductor-normal-metal-superconductor junctions // Phys. Rev. B. 2004. Vol. 70. Iss. 18. P. 180503(R)-180503-4.

[20] Beck C. Possible Resonance Effect of Axionic Dark Matter in Josephson Junctions // Phys. Rev. Letters. 2013. Vol. 111. Iss. 23. P. 231801-1-231801-5.

[21] Горелик В.С., Пятышев А.Ю. Дисперсионные зависимости для поляритон-аксионных волн в кристаллах триптофана // Краткие сообщения по физике. 2014. № 11. С. 18-27. DOI: 10.3103/S1068335614110037