En física , ingeniería y ciencia de los materiales , los materiales biisotrópicos tienen la propiedad óptica especial de que pueden rotar la polarización de la luz, ya sea en refracción o transmisión . Esto no significa que todos los materiales con efecto de torsión caigan en la clase biisotrópica. El efecto de torsión de la clase de materiales biisotrópicos es causado por la quiralidad y la no reciprocidad de la estructura del medio, en el que el campo eléctrico y magnético de una onda electromagnética (o simplemente, luz) interactúan de una manera inusual.
Para la mayoría de los materiales, el campo eléctrico E y el campo de desplazamiento eléctrico D (así como el campo magnético B y el campo magnético inductivo H ) son paralelos entre sí. Estos medios simples se denominan isótropos y las relaciones entre los campos se pueden expresar mediante constantes. Para materiales más complejos, como los cristales y muchos metamateriales, estos campos no son necesariamente paralelos. Cuando un conjunto de campos son paralelos y otro conjunto no, el material se denomina anisotrópico . Los cristales suelen tener campos D que no están alineados con los campos E , mientras que los campos B y H permanecen relacionados por una constante. Los materiales en los que ninguno de los pares de campos es paralelo se denominan anisotrópicos.
En medios biisotrópicos, los campos eléctricos y magnéticos están acoplados. Las relaciones constitutivas son
D , E , B , H , ε y μ corresponden a cualidades electromagnéticas habituales. ξ y ζ son las constantes de acoplamiento, que es la constante intrínseca de cada medio.
Esto se puede generalizar al caso donde ε , μ , ξ y ζ son tensores (es decir, dependen de la dirección dentro del material), en cuyo caso el medio se denomina bianisotrópico . [1]
ξ y ζ se pueden relacionar además con el parámetro Tellegen (denominado reciprocidad) χ y el parámetro quiralidad κ.
después de sustituir las ecuaciones anteriores en las relaciones constitutivas, se obtiene
Los medios Pasteur se pueden preparar mezclando hélices metálicas de una sola dirección en una resina. Se debe tener cuidado para asegurar la isotropía: las hélices deben estar orientadas aleatoriamente de modo que no haya una dirección especial. [2] [3]
El efecto magnetoeléctrico se puede entender a partir de la hélice, ya que está expuesta al campo electromagnético. La geometría de la hélice se puede considerar como un inductor . Para una estructura de este tipo, el componente magnético de una onda EM induce una corriente en el cable e influye además en el componente eléctrico de la misma onda EM.
De las relaciones constitutivas, para los medios de Pasteur, χ = 0,
Por lo tanto, el campo D se retrasa una fase i debido a la respuesta del campo H.
Los medios Tellegen son lo opuesto a los medios Pasteur, que son electromagnéticos: el componente eléctrico hará que el componente magnético cambie. Este tipo de medio no es tan sencillo como el concepto de lateralidad. Los dipolos eléctricos unidos con imanes pertenecen a este tipo de medio. Cuando los dipolos se alinean con el componente de campo eléctrico de la onda EM, los imanes también responderán, ya que están unidos entre sí. El cambio de dirección de los imanes cambiará, por tanto, el componente magnético de la onda EM, y así sucesivamente.
De las relaciones constitutivas, para los medios de Tellegen, κ = 0,
Esto implica que el campo B responde en fase con el campo H.
