Регистрация / Вход
Прислать материал

Сверхсильная локализация магнитного поля в метаматериалах вследствие тороидного отклика.

ФИО
Вольский Никита Александрович
Электронная почта
f6d850e9nikitoriy@gmail.com
Номинация
Материаловедение
Институт
Новых материалов и нанотехнологий (ИНМиН)
Кафедра
Теоретической физики и квантовых технологий
ФИО научного руководителя
кандидат технических наук, Башарин Алексей Андреевич
Академическая группа
МФХ-14-1
Наименование тезиса
Сверхсильная локализация магнитного поля в метаматериалах вследствие тороидного отклика.
Тезис

В данной работе исследуется планарный метаматериал с тороидной топологией. Показано, что используемая структура является высокодобротным резонатором, с сильно концентрированным магнитным полем благодаря тороидному отклику.

Тороидный отклик был впервые описан академиком Зельдовичем в 1958 году. Он возникает в системах, где электрические токи бегут по меридианам мысленного тора, порождая магнитный момент, движущийся по окружности, который, в свою очередь, порождает тороидный момент.

В наше время тороидный момент начинают применять к метаматериалам - искуственно созданным периодическим структурам, имеющим электродинамические свойства, не встречающиеся в природе. Результатом этого может стать открытие новых интересных свойств материалов, и новые возможности в таких областях, как передача данных и квантовые компьютеры.

Предложенный метаматериал состоит из множества плоских высокодобротных резонаторов. Такая структура примечательна сверхсильной локализацией магнитного поля в центре метамолекулы. Оно порождает тороидный момент, как показано на рис. 1

Рис. 1 - Модель метамолекулы. M, T - магнитный и тороидный моменты. K - направление распространения электромагнитной волны, E и H - электрическая и магнитная состовляющие.

Было произведено моделирование методом конечных элементов. Предполагалось, что материал является идеальным проводником и облучается плоской волной. Размеры расчетного материала: внешний диаметр - 15 мм, внутренний - 10 мм. Получившаяся резонансная частота - 12.153 ГГц.

Чтобы доказать существование доминирующего тороидного отклика в нашем метаматериале было произведено мультипольное разложение. При резонансной частоте наибольший вклад дают магнитный квадрупольный и тороидный моменты.

Также был проведен опыт в компактной безэховой камере собственного производства. Образец метаматериала был получен вытравливанием нужной структуры на печатной плате с медным покрытием. Из-за присутствия диэлектрической подложки, а также по причинам некоторых допущений при моделировании резонансная частота была обнаружена при 5.75 ГГц. Добротность реального метаматериала составила приблизительно 57000.

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.