Метаматериалы с тороидным откликом как основа для создания модуляторов, работающих в ТГц диапазоне

Одно из развивающихся в настоящее время направлений физики – электродинамика метаматериалов, то есть искусственных микроструктурированных сред. Электрический и магнитный отклики таких сред определяются в первую очередь строением (а не материалом) их структурных элементов. Это позволяет создавать материалы со свойствами, недостижимыми в природе, например, «left-handed» среды, характеризуемые отрицательным показателем преломления, т.е. среды с одновременно отрицательными значениями диэлектрической и магнитной проницаемости в некотором интервале частот. Основными проблемами являются достижение отрицательной рефракции, возбуждение в метаматериалах тороидного момента и создание на основе метаматериалов модуляторов, позволяющих изменять амплитуду, фазу или частоту прошедшей волны ТГц излучения.

Исследована модель метаматериала, представляющая собой гибридный кольцевой резонатор с включениями GaAs на торцах зазоров, в котором возбуждается тороидный момент. С помощью численного электродинамического моделирования рассчитаны спектры прохождения ТГц излучения при изменении проводимости GaAs от 0 до 100 См/м. Проведены расчеты мультиполей.

Показано, что в предложенной модели наблюдается узкий пик прохождения, что говорит о высокой добротности метамолекулы и об сильно локализованных в центре метамолекулы электрического пороля. Это является перспективой для создания модуляторов ТГц излучения.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ по программе повышения конкурентособности НИТУ «МИСиС» среди ведущих мировых научно-образовательных центров, грант К4-2015-031. Также мы выражаем благодарность компании Rohde &Schwarz (Россия) за предоставленный векторный анализатор цепей ZNC3. 

Научный руководитель – к.т.н. Башарин А.А.