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 Если достаточно развитая цивилизация может отправлять к звездам не колонистов, а крошечные автономные зонды с ИИ, роботами и архивами знаний, то молчание Вселенной становится еще более странным. Возможно, развитые цивилизации не строят космические империи и не окружают звезды мегаструктурами, а расселяются по Галактике тихо — с помощью малозаметных автоматических систем.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Китайские и британские палеонтологи обнаружили древнейший эволюционный прообраз челюстей современных пауков и скорпионов. Просканировав окаменелость животного Urokodia aequalis возрастом 518 миллионов лет, ученые выявили самую раннюю известную науке переходную форму хелицер. Трехмерная модель впервые наглядно показала, как именно возникло главное оружие паукообразных: несколько суставов длинных хватательных конечностей, характерных для кембрийских хищников, срослись воедино и образовали новый ротовой аппарат.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
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