بررسی کوانتومی انرژی میدان الکترومغناطیسی در حضور فرامواد

نوع مقاله: مقاله پژوهشی کامل

نویسنده

گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران

چکیده

در این مقاله طبیعت کوانتومی میدان الکترومغناطیسی در حضور فرامواد مورد مطالعه قرار می‌گیرد. در این راستا میدان الکترومغناطیسی در حضور فرامواد به‌صورت کانونیک کوانتیزه می‌شود. ابتدا با استفاده از معادلات اویلر-لاگرانژ، معادله حرکت لانژون برای میدان الکترومغناطیسی بدست می‌آید. سپس با استفاده از روش تبدیل لاپلاس، معادله لانژون محاسبه شده و پتانسیل برداری بر حسب عملگرهای نوفه در فراماده بدست می‌آید. با در نظر گرفتن یک ویژه حالت گرمایی عام برای اتلافگر، تابع برهم‌کنش دو نقطه‌ای میدان الکترومغناطیسی در دمای محدود محاسبه می‌شود. بر اساس قضیه نوتر و اصل پایستگی انرژی، در ویژه حالت کوانتومی گرمایی، چگالی انرژی، شار انرژی میدان الکترومغناطیسی و انرژی جذب شده در فراماده محاسبه می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Quantum investigation of electromagnetic field energies in the presence of metamaterials

نویسنده [English]

  • marjan Jafari
Department of Physics‎, ‎Faculty of Science‎, ‎Imam Khomeini International University‎, ‎Qazvin‎, ‎Iran, ‎34148‎ - ‎96818
چکیده [English]

We ‎study ‎quantum ‎nature ‎of ‎metamaterials ‎in ‎the ‎presence ‎of ‎electromagnetic ‎field. Starting from a Lagrangian, the ‎electromagnetic ‎field ‎‎is‎ canonically ‎quantized in ‎the ‎presence ‎of ‎the metamaterials‎. The equations of motion for the canonical variables are solved using Laplace technique. In the large-time limit, the vector potential operator is found and expressed in terms of the medium operators. In a global thermal state, finite temperature two-point correlation functions of the electromagnetic field are calculated. The electromagnetic energy flux and energy density and absorbed energy in metamaterials are obtained by considering the special case of thermal equilibrium and using Noether's theorem. ‎

کلیدواژه‌ها [English]

  • Correlation function
  • Electromagnetic field quantization
  • Metamaterials
  • Noether's theorem
[1]Y.X. Dong, J.J. You,Propagation of polarized photons through a cavity with an anisotropic metamaterial, Frontiers of Physics 11 6 (2016) 114208 (1-7).

[2] V.M. Shalaev, W. Cai, et. Al, Negative index of refraction in optical metamaterials, Optics Letters 30 (2005) 3356-3358.

[3] S. Fleming, Metamaterialhyperlens demonstration of propagation without diffraction, American Journal of Physics 85 (2017) 173-177.

[4] A.O. Bak, E.O. Yoxall, P. Sarriugarte, et.al, Harnessing a Quantum Design Approach for Making Low-Loss Superlenses, Nano Letter 16 (2016) 1609-1613.

[5] M. Khorasaninejad, W.T. Chen, R.C. Devlin, et. al, Metalenses at visible wavelengths: Diffraction-limited focusing and subwavelength resolution imaging, Science 352 (2016) 1190-1194.

[6] J.T. Costa, M.G. Silveirinha, Poynting vector in negative-index metamaterials, Physical. Review B 83 (2011) 165120 (1-8).

[7] S.M. Wang, S.Y. Mu, C. Zhu, Y.X. Gong, P. Xu, H. Liu, T. Li, S.N. Zhu, X. Zhang, Hong-Ou-Mandel interference mediated by the magnetic plasmon waves in a three-dimensional optical metamaterial, Optical. Express 20 (2012) 5213-5218.

[8] M.M. Behbahani, E. Amooghorban, A. Mahdifar, Spontaneous emission and the operation of invisibility cloaks, Physical. Review A 94 (2016) 013854 (1-16).
[9] Y.X. Dong, J.J. You, Propagation of polarized photons through a cavity with an anisotropic metamaterial, Frontiers of Physics 11 (2016) 114208 (1-7).

[10] Y.X. Dong, L. Chun-Ying. "Electromagnetic field quantization and input–output relation for anisotropic magneto dielectric metamaterial." Chinese Physics B 246 (2015): 064206 (1-7).

[11] M. Amooshahi, Canonical quantization of electromagnetic field in the presence of nonlinear anisotropic magnetodielectric medium with spatial-temporal dispersion, International Journal of Theoretical Physics 55 (2016) 3761-3776.

[12] J.D. Jackson, Classical Electrodynamics, New York, Wiley, (1998).

[13] F. Kheirandish, E. Amooghorban, Finite-temperature Cherenkov radiation in the presence of a magnetodielectric medium, Physical. Review A 82 (2010) 042901(1-14).

[14] T.G Philbin,Casimir effect from macroscopic quantum electrodynamics, New Journal of Physics 13 (2011) 063026 (1-21).

[15] M. Jafari, F. Kheirandish, Hamiltonian of mean force and a damped harmonic oscillator in an anisotropic medium, laser physics 27 (2017) 015201 (1-5).

[16] R. Matloob, Electromagnetic field quantization in an absorbing medium, Physical. Reviwe A 60 (1999) 50-55.