Physics 版 (精华区)

发信人: Rg (RedGardenia), 信区: Physics
标  题: Re: [转寄] Negative-index materials made easy(转载)
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年10月29日21:48:21 星期三), 站内信件


Total Negative Refraction in Real Crystals for Ballistic Electrons and Light

abstract:It is found that there exists a category of material interfaces, 
readily available, that not only can
provide total refraction (i.e., zero reflection) but can also give rise to 
amphoteric refraction (i.e., both
positive and negative refraction) for electromagnetic waves in any frequency 
domain as well as for
ballistic electron waves. These two unusual phenomena are demonstrated 
experimentally for the
propagation of light through such an interface.
The phenomenon of refraction of light at the interface
of two transparent media A and B is the underlying
mechanism for steering light in many optical devices
[1]. However, the necessity of a refractive index mismatch
 nB) for achieving this effect inevitably results in a
finite reflection loss. In the propagation of an electron
wave through discontinuous media, one encounters a
situation quite analogous to that for light. Perhaps the
closest analogy to the refraction of light would be that
of a ballistic electron beam propagating through a heterojunction
of semiconductors A and B which differ only in
 mB). Here again, refraction
inevitably is associated with a finite reflection, because of
the effective massmismatch [2]. Furthermore, for most of
the commonly encountered situations, there will always
be an energy discontinuity between A and B [2–4], causing
an additional intensity loss for the transmission across
such an interface. The first intriguing finding to be presented
in this Letter is a unique type of interface that
enables refraction without any reflection, i.e., total refraction,
for either an electron or a light beam.
Recently, the phenomenon of negative refraction [5]
has attracted a great deal of attention, because of its
implications for realizing a ‘‘superlense’’ with a resolution
smaller than the wavelength of light, as well as for
observing a reversal of the Doppler shift and Vavilov-
Cerenkov radiation [6–14]. It was first suggested by
Veselago [5] that negative refraction can occur at the
interface of a normal medium, with both permittivity "
and permeability 
: 发信人: nanoH (奋青帮※水影※lit14), 信区: Physics
: 标  题: Negative-index materials made easy
: 发信站: 南京大学小百合站 (Wed Oct 22 14:22:07 2003)
being positive. These two findings, in principle, apply to
the full spectrum of electromagnetic waves as well as
ballistic electron waves, and thus should simplify the
study of negative refraction.
The unique interface proposed here can be viewed as a
homojunction that belongs to a special category of twinning
structures in uniaxial crystals. For such a twin
structure, the interface is a reflection symmetry plane
for the two twin components: their symmetry axes are
coplanar with the normal to the interface and oriented
symmetrically with respect to the interface. Figure 1
shows a real twin structure of this type frequently observed
in spontaneously ordered III-V semiconductor alloys
[18]. The ordering direction or the symmetry axis
switches from the crystallographic direction [
: Negativ1-index materials made easy
: 17 October 2003 
: Physicists have observed negative refraction in an ordinary crystal for the fi
: rst time. The material, made by researchers at the National Renewable Energy L


--
 being positive, and an abnormal
medium, with both " and  being negative. It has been
pointed out lately that if the abnormal side is a uniaxial
medium, negative refraction can arise with just one of the
four components of " and  being negative [15]. There
has so far been only one experimental demonstration of
negative refraction, which occurs in a small window of
microwave frequencies with a low transmission typically
24 dB [7,16], and the validity of the interpretation
is still under debate [11,17]. The second interesting
finding presented in this Letter is that the same type of
interface that can yield total refraction for electrons and
light can in fact yield amphoteric refraction, i.e., the
refraction can be either positive or negative, depending
on the incident angle, despite all components 1111] (A
side) to 111(B side) across the twin plane whose normal
is in the [1110] direction. This type of domain twin structure
can be found in many naturally or synthetically
formed crystals that are classified as ferroelastic materials
[19]. With the advances in semiconductor growth
techniques, they can now be obtained during epitaxial
growth in a controllable manner with domain sizes ranging
from nm to m [20].
We first consider the transmission of a ballistic electron
beam at a semiconductor twin boundary, using the structure
shown in Fig. 1 as a prototype system. For such a
homojunction, there is obviously no band offset between
the two twin components. Thus, the two regions can
simultaneously be transparent for electrons (with energy
above the conduction band edge) and light (with energy
below the fundamental band gap). However, the effective
mass and refractive index of A and B are not matched for
general directions, except for the direction of the twin
plane normal. Therefore, intuitively, a finite reflection
would be expected at the interface for any non-normal
incidence of electron or light. The results given below are
in fact counterintuitive.
In a principal coordinate system, the effective mass
tensor of the uniaxial semiconductor takes the form
.......

※ 来源:·哈工大紫丁香 bbs.hit.edu.cn·[FROM: 211.80.87.181]