Международная группа учёных из НИТУ «МИСиС» и Университета Крита разработала новый материал, способствующий более точному управлению распространением электромагнитных волн в микроэлектронных устройствах.
Разработка увеличит устойчивость и скорость передачи сигналов во фукциях различных частотных диапазонов. Публикация появилась в журнале . Scientific
Reports
издательского дома Nature.
Среди самых перспективных новых материалов, разрабатываемых на стыке современного материаловедения, физики твердого тела, оптики и ряда других областей, находятся метаматериалы.
Это искусственно созданные пространственно периодические структуры с свойствами, которых нет в материалах природного происхождения. Метаматериалы применяются, например, для создания высокоточных сенсоров и стелс-покрытий.
Специалисты из лаборатории сверхпроводящих метаматериалов НИТУ «МИСиС» и Критского центра квантовой запутанности и нанотехнологий Университета Крита создали метаматериал со специально подобранной структурой для эффективного контроля распространения электромагнитных волн. Это повысит скорость и стабильность передачи сигналов в микроэлектронных приборах, например, частотно-селективных фильтрах. В разработанном материале участвуют кольцевые щелевые резонаторы, PT-симметрия, моды и плоские зоны.
На диэлектрической подложке, например керамике, размещены кольцевые щелевые резонаторы особым образом. Это малые (субмикронные) разомкнутые металлические кольца, соединенные электрическим и магнитным взаимодействием. В метаматериале присутствует симметрия четность-время.
Первоначально такую симметрию обнаружили в физике частиц, когда при одновременной смене всех трёх координат частицы (x, y, z) на противоположные (-x, -y, -z), а также при обращении времени t на -t, частица останется в исходном состоянии. В данном случае PT-симметрия создаётся сбалансированным подбором потерь и накачки в метаматериале.
Наличие PT-симметрии позволяет синхронно контролировать моды – гармонические колебания в каждом резонаторе и во всей системе. Благодаря этому получается получить и расширить плоские зоны – частотные области, где частоты мод не зависят от их длин, а значит, их групповая скорость равна нулю.
Этот механизм контроля распространения волн позволяет разрабатывать системы формирования локализованных мод. Это даст возможность создавать новые метаматериалы с управлением распространением электромагнитных волн и локализации энергии.
Ученые завершили этап компьютерного моделирования метаматериала и теоретических расчетов. Далее планируется совершенствовать систему контроля и изготавливать ее лабораторный образец для тестирования.
Автор – Мария Перемитина
