Ваш браузер устарел. Рекомендуем обновить его до последней версии.

Управляемые нано-антенны и метаматериалы на основе новых функциональных
материалов с фазовыми переходами


Проект РФФИ № 17-57-560002

 

В последнее время эффекты нелинейного взаимодействия электромагнитных волн с металлическими наночастицами и отверстиями в наноразмерных пленках, называемые «наноантенны» (НА), вызывают большой интерес из-за перспектив применений в технологии датчиков. Содержание работы на первом годичном этапе проекта составляло создание лабораторной технологии получения образов периодических микро- и –наноструктур, разработка экспериментальных методик и теоретических подходов для изучения этих образцов, включая разработку предложений по конструкции образцов. Получены следующие основные результаты. Метод собственных мод строгой теории дифракции использован для теоретического расчета пространственной структуры электромагнитного поля, возникающего в результате дифракции плоской волны на узкой щели шириной порядка длины волны и менее в идеально проводящем экране конечной толщины. В зависимости от ширины и глубины щели исследованы эффекты почти ступенчатого изменения и значительного усиления средней относительной плотности проходящей электромагнитной энергии. Показано, что поле в пространстве за щелью представляет собой сумму статического поля, медленно и монотонно спадающего в направлениях от щели, и гармонического поля с синусоидальными пространственными неоднородностями порядка длины волны. Установлено, что относительный вклад этих двух составляющих неодинаков для разных пространственных компонент электрического и магнитного полей,
а также что вклад статической составляющей быстро уменьшается с увеличением ширины щели.

Участниками Иранской и Российской групп было принято решение о выборе в качестве основного материала для изготовления наноантенн - тонких пленок диоксида ванадия с фазовым переходом металл - изолятор (ФПМИ). Изготовлены пленки VO2 толщиной 370 нм на кварцевой подложке. Сформированы на пленках VO2 методом фокусированного ионного пучка (ФИП) прототипы наноантенн: микро- и субмикронные отверстия, матриц отверстий и щели (см. Рисунок 1а). При исследовании коэффициента прохождения и отражения миллиметровых волн от тонкоплёночной структуры, включающей пленку VO2 и подложку, обнаружены аномалии температурной зависимости, которые объясняются изменением действительной и мнимой части диэлектрической проницаемости от температуры при ФПМИ. Измерен коэффициент отражения в диапазоне 27-37 ГГц при разных температурах в окрестности ФП диэлектрик-металл в тонкой плёнке VO2: ниже ФП - 58 С, вблизи ФП - 63 С и выше ФП - 72 С. Выявлено гистерезисное поведение коэффициента отражения плёнки VO2 при прямом и обратном ФП, при этом вид кривой сильно зависит от частоты. Для объяснения частотной зависимости коэффициента отражения предложена теоретическая модель в рамках теории Друде. Пирометрическим методом выявлены гистерезисные особенности на температурной зависимости собственного излучения пленки VO2 в диапазоне 8 мм, связанные с прямым и обратным ФПМИ 1-го рода. При изучении Рамановского спектра обнаружена зависимость спектра наноантенн (отверстий) на пленке VO2 от мощности излучения лазера (см. Рисунок 1а) . Сделан вывод о том, что при мощности лазера 20мВт может происходить частичное окисление пленки с образованием V2O5. (см. Рисунок 1б). Так же обнаружено, что в области пленки, расположенной между двумя отверстиями происходят искажения спектра, характерные для упруго сжатых материалов.