Управление волной: ученые представили метаматериал с улучшенным контролем свойств
Международный коллектив ученых из НИТУ «МИСиС» и Университета Крита смоделировал метаматериал, который позволит улучшить контроль за распространением электромагнитных волн в микроэлектронных приборах.
Разработка позволит значительно повысить стабильность и скорость передачи сигналов в таких устройствах, как фильтры для разных частотных диапазонов. Статья опубликована в журнале Scientific Reports издательского дома Nature.
Одними из самых перспективных новых материалов, разрабатываемых на стыке современного материаловедения, физики твердого тела, оптики и ряда других областей, являются метаматериалы. Они представляет собой искусственно созданные пространственно периодические структуры, наделенные теми свойствами, которые отсутствуют в материалах природного происхождения. Метаматериалы используются, например, для создания высокоточных сенсоров и стелс-покрытий.
Николаос Лазаридис и Георгиос Циронис, специалисты из лаборатории сверхпроводящих метаматериалов НИТУ «МИСиС» и Критского центра квантовой запутанности и нанотехнологий Университета Крита, смоделировали метаматериал со специально подобранной структурой, которая позволяет более эффективно контролировать распространение электромагнитных волн. Это позволит значительно повысить скорость и стабильность передачи сигналов в микроэлектронных приборах, таких как частотно-селективные фильтры. Основные участники «процесса» в разработанном метаматериале — кольцевые щелевые резонаторы, PT-симметрия, моды и плоские зоны.
На диэлектрической подложке (например, на керамике) особым образом располагаются кольцевые щелевые резонаторы. Это небольшие (субмикронные) разомкнутые металлические кольца, связанные между собой как электрическим, так и магнитным взаимодействием. При этом в метаматериале имеется симметрия четность-время (PT-симметрия).
Изначально такая симметрия была обнаружена в физике частиц, когда при одновременной смене всех трех координат частицы (x, y, z) на противоположные (-x, -y, -z), а также при обращении времени t на -t, частица останется в первоначальном состоянии. В данном случае PT-симметрия создается сбалансированным подбором потерь и накачки в метаматериале.
Наличие PT-симметрии позволяет синхронно контролировать моды – гармонические колебания в каждом отдельном резонаторе (а, значит, и во всей системе). За счет этого получается получить и расширить плоские зоны — частотные области, в котором частоты мод не зависят от их длин, а, значит, их групповая скорость равна нулю.
Благодаря такому механизму контроля распространения волн можно проектировать системы, позволяющие формировать локализованные моды. Это позволит создавать новые метаматериалы с управляемым распространением электромагнитных волн, а также с локализацией их энергии.
На данный момент ученые завершили этап компьютерного моделирования метаматериала и теоретические расчеты. В дальнейших планах — продолжить работу, как над усовершенствованием контроля системы, так и над изготовлением и тестированием ее лабораторного образца.
Автор — Мария Перемитина
Telegram 
Дзен 
VK Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Физики Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ совместно с коллегами из Алферовского университета и ИТМО показали, как управлять свечением углеродных точек, помещая их на полупроводниковые нанопровода.
Ученые МИЭМ ВШЭ предложили математическую модель, которая позволяет понять, как взаимодействие между сообществами влияет на их устойчивость. Работа основана на классической теории эволюционных игр и демонстрирует неожиданный эффект: даже небольшое информационное воздействие одного сообщества на другое может привести к тому, что одно из них сохранит внешнюю стабильность, а в другом начнутся хаотические изменения на уровне отдельных участников.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Одной из главных анатомических особенностей эволюции рода Homo считается резкое увеличение объема черепной коробки за последние примерно два миллиона лет. За это время она в среднем увеличилась в три раза. Однако авторы нового исследования поставили под сомнение традиционную гипотезу, согласно которой этот процесс был результатом естественного отбора. По их мнению, он мог оказаться случайностью.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии