ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТАМАТЕРИАЛОВ РАЗЛИЧНОЙ СИММЕТРИИ И УСТРОЙСТВ НА ИХ ОСНОВЕ

Объектом исследования являются эффективные электродинамические параметры таких искусственных структур как проволочные среды и порошковые материалы, состоящие из сферических частиц.Цель исследования: выполнение численного моделирования метаматериалов и композитных материалов с уникальными электродинамическими характеристиками с последующей экспериментальной проверкой.Задачи:- Вычисление распределения электромагнитного поля в исследуемых структурах;- Вычисление эффективных диэлектрической и магнитной проницаемостей самостоятельно разработанным методом импедансов;- Расчет параметров метаматериала, который в СВЧ диапазоне (8 – 20 ГГц) проявляет свойства левой среды и способен фокусировать электромагнитное излучение;- Теоретическое обнаружение метаматериалла преобразующего СВЧ излучения в ток для создания устройств беспроводной передачи энергии;- Исследование механизма поглощения СВЧ-излучения в моделях порошковых структур;- Проведение экспериментов по изготовлению моделей устройств и материалов на основе тех характеристик, которые при численном моделировании позволяют получить необходимые свойства, одновременную отрицательность действительных частей эффективных диэлектрической и магнитной проницаемости или высокие значения мнимых частей диэлектрической либо магнитной проницаемости;- Разработка технологии получения сплава CuTi на основе поглощающих СВЧ-излучение порошков меди и титана с различными размерами гранул;- Отдельной задачей стоит разработка программного пакета для решения дифференциальных уравнений второго порядка с использованием асинхронных параллельных вычислений на основе нейронных сетей для решения уравнений, производных от уравнений Максвелла.В результате исследования продемонстрирована новая методика определения проницаемостей любых гомогенных и композитных сред, которые могут рассматриваться как сплошная среда - метаматериал. Из результатов моделирования, с помощью выражений для импедансов, получены величины проницаемостей. Показана зависимость эффективных проницаемостей от параметров структуры и ЭМВ, таких как проницаемость удерживающей матрицы (εm, μm), период расположения проводов (a), длина волны электромагнитного поля в удерживающей матрице, радиус стержней задавался как r=0.05a. Показано, что упорядоченная проволочная структура при определенных условиях проявляет свойства левой среды, т.е. ее внешние электродинамические характеристики (коэффициенты отражения, поглощения и преломления) подобны характеристикам однородной среды с одновременно отрицательными проницаемостями. Из численного моделирования и эксперимента для проволочного образца в виде преломляющей призмы с периодом решетки a=12мм было обнаружено, что на частотах из диапазона 1>a/lambda>0.65 электромагнитная волна при прохождении через призму испытывает отрицательное преломление tetta<=45. Были разработаны методы получения композиционных магнитоэлектрических материалов различного состава с заданными магнитными и электрическими свойствами.По итогам проведенного исследования было опубликовано 33 научных статей, из них 22 в высокорейтинговых журналах, изданиях, индексируемых в базах данных Scopus, Web of Science и других. Результаты были представлены на конференциях различного уровня.