Управление волной: ученые представили метаматериал с улучшенным контролем свойств — Naked Science
17.10.2019
НИТУ «МИСиС»

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.

Управление волной: ученые представили метаматериал с улучшенным контролем свойств
Управление волной: ученые представили метаматериал с улучшенным контролем свойств / ©hype.ru

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

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» — российский технический университет; первый вуз в стране, получивший статус «Национального исследовательского технологического университета», лучший вуз России 2019 года по версии Forbes Россия. Сегодня в состав НИТУ «МИСиС» входят 9 институтов и 6 филиалов, 4 из которых работают в России и 2 за рубежом.
Позавчера, 13:03
Мария Азарова

Исследование микробиома кишечника, проведенное японскими и американскими учеными, предоставляет один из потенциальных ключей к долголетию и лечению бактериальных инфекций.

Сегодня, 12:05
Ольга Иванова

Польские исследователи узнали, какой определяющий фактор стоит за убежденностью людей не вакцинироваться от коронавирусной инфекции.

Позавчера, 21:19
Мария Азарова

Руководитель полетов Национального космического агентства США Зебулон Сковилл рассказал, чем обернулся для МКС инцидент с двигателями «Науки».

27 июля
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

Позавчера, 13:03
Мария Азарова

Исследование микробиома кишечника, проведенное японскими и американскими учеными, предоставляет один из потенциальных ключей к долголетию и лечению бактериальных инфекций.

28 июля
Мария Азарова

Член Северо-Западной организации Федерации космонавтики России Александр Хохлов рассказал о проблемах, сопровождающих модуль «Наука» на пути к МКС, и объяснил, почему на долгожданную стыковку будет всего одна попытка.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: