我们知道，LC振荡是由电感和电容器组成的金属回路中的自由电荷和传导电流的振荡效应。该效应物理简单，运用广泛。在亚波长金属纳米颗粒的等离激元共振、超材料和超表面光学性质的研究中，LC模型就提供了简单而有效的工具。近年来，高介电材料在超材料的设计和研究中获得了广泛的重视。一方面，高介电振子能够支持米共振，包括电共振和磁共振类型等。另一方面，高介电材料中缺少自由电荷和传导电流，因而消除了欧姆损耗。因此，高介电材料可用于构造低损耗的人工材料和器件，实现高Q的电磁共振效应。

黄成平老师课题组研究发现，尽管没有自由电荷和传导电流，高介电材料振子中同样存在着LC振荡效应。这里，振荡的是位移电流（而非传导电流）和电位移通量（而非自由电荷电量）或高度局域且变化的光场或电磁场。电感和电容的定义统一与两个重要的通量有关：电感L来源于位移电流的磁通量（L=Φm/Id），电容来源于与感生电动势相关的电位移通量（C=Φd/Ud）。相关光路参数可以在高介电圆环结构中获得比较明确的定义。因此，局域在高介电振子周围的光场以LC振荡的形式进行共振（该光场高度约束且不能传播）。振荡方程由电磁感应定律获得，振荡频率由LC参数共同确定。

在此基础上，作者将光学或介电LC共振推广到任意形状的高介电振子，获得了一个普遍意义的介电LC共振频率公式。该共振频率与振子的折射率成反比，与振子形状或局域光场分布有关。利用这一结果，作者推导了无限长和有限长高介电圆柱的共振频率。其中，圆柱的光场分布利用Maxwell方程和迭代法解析获得，避免了求解圆柱内外的电磁场和边界条件匹配的使用。介电LC共振的理论结果和严格的米共振以及数值计算结果能够较好的吻合。

该理论工作可促进我们对高介电材料共振效应的理解，为研究高介电振子和相关人工材料的光学性质提供了一个新的途径。LC模型从金属材料到高介电材料的推广也弥补了介电材料中对应模型的缺失。

该工作以“Optical LC-like resonances in high-index particles”为题发表于 Photonics and Nanostructures - Fundamentals and Applications 58, 101212（2024）。论文的第一作者为2011学院的刘相阳同学（本科），通讯作者为黄成平教授。论文得到了国家自然科学基金项目的支持。

https://doi.org/10.1016/j.photonics.2023.101212

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1569441023001062