I denna avhandling studeras elektromagnetisk vågutbredning i graderade materialkompositer med extraordinära egenskaper. Två sådana materialkompositsystem studeras särskilt, med hjälp av både analytiska och beräkningstekniska elektromagnetiska metoder.

Det första systemet används för utvecklingen av en lovande icke-invasiv metod för cancerbehandling, som bygger på att tumören med insatta guldnanopartiklar värms upp med hjälp av mikrovågsstrålning. En vågledarstruktur föreslås bestående av ett tunt dielektriskt skikt med en kontinuerlig graderad materialövergång till dess omgivande material till vardera sidan av skiktet. Det tunna lagret består av cancervävnad med insatta guldnanopartiklar som drivs in i elektroforetisk svängning med hjälp av elektromagnetisk strålning. Analytiska lösningar för det givna vågledarproblemet erhålls, vilket möjliggör beräkning av absorptionskoefficienterna endast inom det tunna skiktet, vilket är viktigt för bedömning av genomförbarheten av den tänkta medicinska tillämpningen. De dispersiva dielektriska modellerna som beskriver de elektromagnetiska egenskaperna hos de relevanta biologiska vävnaderna föreslås och diskuteras. Numeriska simuleringar gjorda i COMSOL Multiphysics är i utmärkt överensstämmelse med och validerar de analytiska resultaten.

Det andra systemet involverar vågutbredning från ett högerhänt material till ett vänsterhänt metamaterial i fri rymd. De två materialen är impedansmatchade, vilket säkerställer ingen reflektion, och det graderade gränssnittet mellan dem beskrivs av en kontinuerlig funktion. Metamaterialkompositer med rumsligt varierande materialparametrar har fått ett ökande teoretiskt och experimentellt intresse de senaste två decennierna. De är användbara för ett antal tillämpningar, såsom transformationsoptik. I denna uppsats diskuteras egenskaperna hos vänsterhänta material. Fältlösningarna till det impedansmatchade graderade gränssnittet härleds, och en numerisk modell utvecklas i COMSOL. Resultaten bekräftar de extraordinära egenskaperna hos vänsterhänta material.

In this thesis, electromagnetic wave propagation in graded material composites with extraordinary properties are studied. Two such material composite systems are studied in particular, using both analytical and computational electromagnetic methods.

The first system is used for the development of a promising non-invasive method of cancer treatment based on heating the tumors with inserted gold nanoparticles by means of microwave radiation. A waveguide structure is proposed consisting of a thin dielectric layer with a continuous graded material transition to its surrounding materials to either side of the layer. The thin layer consists of cancer tissue with inserted gold nanoparticles that are driven into electrophoretic oscillation by means of electromagnetic radiation. Analytical solutions for the given waveguide problem are obtained, allowing the calculation of the absorption coefficients within the thin layer only, which is important for assessment of the feasibility of the envisioned medical application. The dispersive dielectric models describing the electromagnetic properties of the relevant biological tissues are proposed and discussed. Numerical simulations done in COMSOL Multiphysics are in excellent agreement with and validate the analytical results.

The second system involves wave propagation from a right-handed material to a left-handed metamaterial in an open boundary system. The two materials are impedance-matched, thus ensuring no reflection, and the graded interface between them is described by a continuous function. Metamaterial composites with spatially varying material parameters have been given an increasing theoretical and experimental interest the last two decades. They are useful for a number of applications, such as transformation optics. In this thesis, the properties of left-handed media are discussed. The field solutions to the impedance-matched graded interface are derived, and a numerical model is developed in COMSOL. The results confirm the extraordinary properties of left-handed media.