Регистрация / Вход
Прислать материал

Тороидный отклик в диэлектрических метаматериалах на основе воды

ФИО
Стенищев Иван Владимирович
Электронная почта
d88233c055civ.steni@yandex.ru
Номинация
Материаловедение
Институт
Новых материалов и нанотехнологий (ИНМиН)
Кафедра
Теоретической физики и квантовых технологий
ФИО научного руководителя
канд. техн. наук Башарин Алексей Андреевич
Академическая группа
МТ-12-1
Наименование тезиса
Тороидный отклик в диэлектрических метаматериалах на основе воды
Тезис

На сегодняшний день большой интерес вызывает наноиндустрия, а именно – возможность манипулирования объектами в наномасштабе. В этой области наиболее широко распространено использование метаматериалов. Метаматериалы – это вещества со свойствами, не встречающимися в природе. Особенно перспективны метаматериалы с так называемым тороидным возбуждением, которое исключено из рассмотрения в классической электродинамике. Впервые тороидный момент предсказан Зельдовичем в 1957 году для объяснения слабых взаимодействий в атомном ядре, но «второе рождение» тороидный диполь получил благодаря работам по метаматералам в 2010 году. Благодаря таким метаматериалам мы можем получить электромагнитное поле, с топологией магнитного поля, с замкнутыми магнитными линиями в области метамолекулы. Такие материалы имеют преимущества в нанооптике, станут отличными кандидатами для резонаторов кубитов, эмиттеров наноантенн и других нано-телекоммуникационных устройств, основными требованиями в которых является обеспечение сильно локализованных полей, высокая добротность и низкие радиационные потери.

В работе экспериментально и теоретически продемонстрирован тороидный момент вблизи частоты 2.6 ГГц в метаматериалах состоящих из кластеров трубочек, заполненных водой, диэлектрическая проницаемость которой ~ 80, в то время как тангенс диэлектрических потерь не велик. Отметим, что мы использовали воду, в качестве высокоиндексных диэлектриков вместо дорогостоящих керамических частиц. Такой подход позволяет создавать дешевые прототипы будущих наноутройств и для демонстрации наглядных электродинамических явлений.

Кроме того, предложенный метаматериал будет иметь низкие радиационные потери, что является главным недостатком метаматериалов на сегодняшний день. Важно заметить, что существует такая частота, на которой энергия электрического и тороидного момента равна по модулю, но за счет их разнонаправленности происходит деструктивная интерференция. Интересно, что такая нетривиальная ситуация приведет к отсутствию электромагнитных полей вне источника, в тоже время к ненулевым векторным потенциалам.

Работа выполнена при финансовой поддержке III Всероссийского инновационного конкурса УМНИК 15-10 и Министерства образования и науки РФ по программе повышения конкурентоспособности НИТУ «МИСиС» среди ведущих мировых научно-образовательных центров (№ К4-2015-031).

Научный руководитель – канд. техн. наук Башарин А. А.