任意形状纳米管之间的最大电磁耦合

研究电磁波与具有任意形状横截面的纳米管对之间的相互作用。首先系统考察了具有圆形边界的纳米管对，识别增强电场浓度的结构、纹理和激发参数。随后构建设计空间，确定感兴趣区域，制定面向最大化纳米管内部信号浓度的形状优化问题，通过修改边界曲线而保持其他操作参数不变。采用基于等值几何分析的边界元方法(IGABEM)计算纳米管边界周围的电场分布，并用于求解边界值问题。结合全局与局部优化器及产生有效纳米管横截面的几何参数模型，完善了 IGABEM 方法以求得最优设计。获得的最优形状可实现电场浓度显著提升，较圆形纳米管对可提高 30 倍以上。该优越性能在宽广的波角和纳米管面积范围内保持稳定，证明了结果的鲁棒性及其在广泛应用场景中的潜在价值。最后，本文开发的数值方法可轻易扩展至有限纳米管阵列分析，所报告的最优形状为电磁光栅和光子超材表面设计提供了优化与精调的思路。