Design and Analysis of Slot Based Transparent Magnet-Less Non-Reciprocal Metasurfaces

Le but de ce travail de recherche est de concevoir et d'analyser des métasurfaces gyrotropiques non-réciproques ne nécessitant pas de champ de polarisation magnétique. Une réponse non-réciproque peut être obtenue en brisant la symétrie par renversement du temps (symétrie T). Ce qui peut être réalisé en utilisant des quantités qui sont antisymétriques par renversement du temps comme le champ magnétique, le courant électrique, le moment et le moment angulaire orbital. Dans ce travail, un courant électrique de polarisation est utilisé pour briser la symétrie T et ainsi obtenir une réponse gyrotropique non-réciproque. Un réseau périodique en deux dimensions constitué d'ouvertures annulaires terminées par de grandes ouvertures carrées et chargées par des semi-conducteurs unidirectionnels est suggéré pour réaliser une métasurface non-réciproque sans polarisation magnétique (MNM). Il est montré qu'une terminaison avec de larges ouvertures carrées est nécessaire pour assurer une adaptation d'impédance entre les ouvertures annulaires et les composants unidirectionnels. De ce fait, une structure MNM est conçue pour obtenir une résonance à ondes progressives,i.e. un dipôle magnétique tournant se comportant de la même façon qu'une molécule de ferrite magnétisée. Les coefficients de réflexion et de transmission de la structure sont calculés numériquement pour en démontrer la réponse gyrotropique non-réciproque. Par ailleurs, la réponse asymétrique de la structure, pour des ondes planes incidentes de polarisation en x ou en y, est mise en évidence et il est suggéré qu'une rotation de la structure permettrait une réponse symétrique non-réciproque au prix de perdre l'effet gyrotropique non-réciproque similaire aux structures en ferrite. Une explication physique de l'effet gyrotropique non-réciproque, obtenu en empêchant la propagation dans le sens inverse de l'un des modes-propres de la structure, est fournie en utilisant la théorie de Sturm-Liouville. Afin de comprendre la réponse électromagnétique d'une métasurface, les paramètres bi-anisotropiques de surface sont analytiquement dérivés en fonction des dyades de réflexion et de transmission basées sur les conditions aux limites. Les paramètres bi-anisotropiques de surface de la structure MNM sont extraits des résultats de simulations numériques. La réponse magnétique dipolaire de la structure MNM apparaît de manière évidente à travers ses paramètres d'impédance de surface. Etant donné que les paramètres d'impédance de surface sont bien plus élevés comparés aux autres paramètres bi-anisotropiques de surface, un simple modèle de ligne de transmission est proposé pour modéliser la structure MNM monocouche.