[发明专利]一种双曲超构材料空腔结构的Casimir-Polder效应分析方法及系统

说明书

本发明属于量子光学技术领域，具体涉及一种双曲超构材料空腔结构的Casimir‑Polder效应分析方法，包括如下步骤：建立双曲超构材料空腔结构的模型；确定双曲超构材料的电磁特性；计算共振原子能级频率偏移量及非共振原子能级频率偏移量；计算共振Casimir‑Polder势及非共振Casimir‑Polder势；计算原子在双曲超构材料空腔结构中的Casimir‑Polder力；能够准确地分析双曲超构材料空腔结构中的Casimir‑Polder势及Casimir‑Polder力，能够分析磁双曲超构材料和电双曲超构材料空腔结构产生Casimir‑Polder吸引力以及排斥力的原因，通过调整相应的参数，可以准确的分析Casimir‑Polder效应在双曲超构材料空腔结构中的特性。

技术领域

本发明属于量子光学技术领域，具体涉及一种双曲超构材料空腔结构的Casimir-Polder效应分析方法及系统。

背景技术

双曲超构材料是一种具有正交方向分量异号介电常数张量或磁导率张量的人工周期结构材料，在材料内部可以出现无限大波矢的电磁波模式，从而产生双曲等频率曲线。常见的双曲超构材料结构有金属介电层状结构、嵌入在介电主体中的金属纳米线阵列和网状结构等。双曲超构材料是一个多功能平台，在波导、成像、传感、量子和热工程领域，可设计超越常规设备性能的器件，这种超构材料利用工程学的基本波散射原理来提供独特的电磁模式，具有广泛的应用。

通常将Casimir-Polder力视为边界存在引起的真空涨落模式重构的结果，Casimir-Polder效应是在中性的可极化原子和导体板之间的相互作用力，现已推广到多种情况，例如原子位于非色散且非耗散的介电平板附近的情况，其结果可用于估算接近层状微结构的原子的能量位移，以及具有磁矩与量化磁场耦合的非磁性原子的能量位移，并且可以扩展到负反射面的Casimir-Polder势。Casimir力和Casimir-Polder力的研究在理论和技术应用中都有重要作用，例如纳米物理学、通过原子力显微镜对表面原子的化学识别等。现有技术中对Casimir-Polder效应的研究停留在各向同性的材料中，研究的成果不能满足现有新型材料的特性。为此，有必要在此基础之上进行改进。

发明内容

基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种双曲超构材料空腔结构的Casimir-Polder效应分析方法，包括如下步骤：

S1、建立双曲超构材料空腔结构的模型；

S2、确定双曲超构材料的电磁特性；

S3、计算共振原子能级频率偏移量及非共振原子能级频率偏移量；

S4、计算共振Casimir-Polder势及非共振Casimir-Polder势；

S5、计算原子在双曲超构材料空腔结构中的Casimir-Polder力。

作为优选方案，所述步骤S1具体为：选取两块相同的双曲超构材料板平行放置于真空环境中，形成双曲超构材料空腔结构，以左板界面为z轴零点建立坐标系；其中，双曲超构材料板的厚度为d_m，两块双曲超构材料板之间的距离为l，原子的位置矢量r_A＝(0，0，z_A)，z轴分量为z_A，且z_A∈[0，l]。

作为优选方案，所述步骤S2中，所述双曲超构材料板为磁各向异性双曲超构材料时(μ-HMM)，介电常数为ε、磁导率张量为所述双曲超构材料板为电各向异性双曲超构材料时(ε-HMM)，介电常数张量为磁导率为μ。