ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных |
||
Работа посвящена экспериментальному и теоретическому исследованию распределения электромагнитных полей в магнитных метаматериалах на основе системы микрорезонаторов. Для систем с отрицательной магнитной проницаемостью методы эффективной среды имеют весьма ограниченную область применения, так как при таком подходе не учитывается взаимодействие между составляющими такую среду микрорезонаторами. Это взаимодействие приводит к возникновению коллективных возбуждений структуры, и как результат, к распространению медленных магнитоиндуктивных волн [L.Solymar, E. Shamonina, Waves in Matematerials, Oxford Uni Press, 2009]. Магнитоиндуктивные волны определяют электромагнитный отклик в магнитных метаматериалах, что приводит к существенной разнице в поведении структуры по сравнению с предсказаниями простой модели изотропной эффективной среды. Экспериментальное исследование особенностей взаимодействия между элементами метаматериала возможно только для большого массива микрорезонаторов. В работе на основе оригинальной технологии, разработанной с участием авторов проекта, будут изготовлены двумерные и трехмерные образцы метаматериалов, состоящие из периодической системы медных колец и конденсаторов, и впервые методом зондирования с микронным разрешением будут измерены локальные поля в этих структурах в мегагерцовом и гигагерцовом диапазонах. Результаты эксперимента будут сопоставлены с результатами моделирования методом макроскопической эффективной среды, а также с результатами расчетов в рамках модифицированных подходов на основе микроскопической теории магнитно-индуктивных волн. В рамках данного проекта будут проведены исследования поверхностных волн, определяющих эффект супер-линзы, дающей возможность получать изображение структур меньших длины волны. В частности, будут определены свойства поверхностных волн на границе раздела двух структур, способных поддерживать магнитоиндуктивные волны.
Работа посвящена экспериментальному и теоретическому исследованию распределения электромагнитных полей в магнитных метаматериалах на основе системы микрорезонаторов. Ранее используемая упрощенная модель эффективной среды для магнитных метаматериалов не в состоянии корректно описать электромагнитный отклик, поскольку она не учитывает взаимодействие между микрорезонаторами. Взаимодействие между микрорезонаторами приводит к возникновению и распространению коллективных возбуждений структуры, медленных магнитоиндуктивных (МИ) волн, существенным образом определяющих электромагнитный отклик метаматериала. Поэтому основное внимание уделено исследованию особенностей взаимодействия элементов в широком частотном диапазоне от МГц до ТГц и исследованию свойств дисперсионных характеристик МИ волн в моно- и биатомных магнитных метаматериалах, с учетом как магнитного так и электрического взаимодействия взаимодействия обусловленные неоднородными распределениями токов и зарядов в микрорезонаторах имеющих форму расщепленных колец. В широком (от МГц до ТГц) частотном диапазоне исследовано взаимодействие двух произвольным образом расположенных и ориентированных резонаторов и впервые теоретически и экспериментально получены ориентационные карты коэффициента взаимодействия для всех взаимных ориентаций в плоскости. Экспериментальные данные хорошо согласуются с аналитической теорией и численными результатами. В частности, определены конфигурации с преобладающим магнитным или электрическим взаимодействием, а также конфигурации в которых электрическое и магнитное взаимодействие ослабляют друг друга вплоть до полной взаимной компенсации. Разработан аналитический метод расчета коэффициентов электрического и магнитного взаимодействия. Показано, что при увеличении частоты и приближении к ТГц диапазону магнитное взаимодействие драматически уменьшается до пренебрежимо малых значений по сравнению с электрическим взаимодействием. Это обусловлено тем, что с увеличением частоты начинает сказываться кинетическая индуктивность электронов, связанная с их инертностью. Кроме того, показано, что даже в МГц диапазоне увеличение магнитного взаимодействия за счет уменьшения расстояния между метаатомами сопровождается возникновением электрического взаимодействия (взаимной емкости) элементов, поэтому для описания плотно упакованных структур необходимо использовать модель смешанного типа взаимодействия. Показано, что в моноатомных метаматериалах невозможно увеличение ширины пропускания МИ волн при увеличении взаимодействия между элементами, предсказанное простой теорией, так как при уменьшении расстояния между элементами возникает необходимость учитывать взаимодействие с метаатомами второй координационной сферы, что, в свою очередь, приводит к уменьшению ширины полосы пропускания МИ волн. Результаты уточненной теории полностью согласуются с результатами экспериментов. В МГц диапазоне экспериментально подтверждена предсказанная теоретически возможность создания биатомных метаматериалов из идентичных метаатомов с биатомностью за счет различного взаимодействия внутри элементарных ячеек и между ними. При этом получено фононоподобное расщепление полосы пропускания МИ волн на две, с полосой поглощения на резонансной частоте элементов, и доказана возможность управления дисперсионными характеристиками магнитных метаматериалов. Теоретически показано, что в биатомных магнитных метаматериалах различные механизмы взаимодействия оказывают принципиально разное влияние на ширину полос пропускания – так увеличение магнитного взаимодействия увеличивает ширину верхней полосы пропускания, в то время как электрическое взаимодействие расширяет нижнюю. В ГГц диапазоне экспериментально и теоретически исследованы полимерные и димерные метаматериалы с конкурирующим типом взаимодействия (электрический/магнитный) меняющимся от элемента к элементу, в которых при расщеплении дисперсионной кривой на две ветви нижняя акустическая ветвь является обратной, а верхняя оптическая – прямой. Начаты экспериментальные исследования свойств поверхностных МИ поляритонов в трехмерных метаматериалах, с целью реализации магнитной суперлинзы ближнего поля. Впервые подтверждено существование МИ поляритонов в биатомных метаматериалах с подрешетками элементов ориентированных в перпендикулярных направлениях, однако дальнейшие исследования необходимы для определения оптимальных геометрических параметров структуры для дизайна магнитной суперлинз. Таким образом, в рамках выполнения гранта систематически изучены механизмы взаимодействия метаатомов в магнитных метаматериалах, а также влияние этого взаимодействия на дисперсионные характеристики медленных магнитоиндуктивных волн, определяющих особенности взаимодействия метаматериалов с электромагнитным излучением, что позволит конструировать метаматериалы с заранее заданными свойствами.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 декабря 2011 г.-31 декабря 2011 г. | Электромагнитные свойства дискретных метаматериалов с сильным взаимодействием между элементами |
Результаты этапа: | ||
2 | 1 января 2012 г.-31 декабря 2012 г. | Электромагнитные свойства дискретных метаматериалов с сильным взаимодействием между элементами |
Результаты этапа: | ||
3 | 1 января 2013 г.-31 декабря 2013 г. | Электромагнитные свойства дискретных метаматериалов с сильным взаимодействием между элементами |
Результаты этапа: |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".