ОТЧЕТ ПО ГОДОВОМУ ЭТАПУ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ В РАМКАХ БАЗОВОЙ ЧАСТИ Государственного задания в сфере научной деятельности по Заданию № 3.6825.2017/БЧ за 2018 год по теме: «Исследование и разработка электро- и магнитоактивных устройств управления излучением на основе волноводных, фотонно-кристаллических и решеточных структур»

Проект направлен на поиск условий эффективного управления волновыми процессами в гибридных планарных и фотонно-кристаллических структурах, содержащих слои активных материалов (таких как графен, полупроводники, ферриты, сегнетоэлектрики, нанокомпозиты), описание режимов распространения собственных волн в подобных структурах на основе теоретического и компьютерного анализа решений динамических уравнений; исследование влияния внешних полей на отражение и прохождение монохроматического и импульсного излучения через указанные структуры; анализ условий распространения оптических импульсов внутри и на границе запрещенной фотонной зоны; исследование высокочастотной динамики плоских и объемных решеточных дипольных структур; выявление особенностей отклика магнитных моментов на импульсное воздействие, условий перемагничивания наночастиц, разработку на их основе резонаторных устройств управления излучением. В 2018 г. исследован отклик магнитного момента наночастицы на действие импульсов магнитного поля. Впервые выявлена периодическая зависимость экстремумов амплитуды и продолжительности отклика от длительности и пикового значения импульса. Исследовано влияние на динамику отклика одноосной анизотропии наночастицы. Получены периодические условия процессов перемагничивания магнитного момента. Для решеток наночастиц с кубической кристаллографической анизотропией исследован отклик на импульс внешнего магнитного поля системы, находящейся вблизи границы устойчивого равновесия. Выявлены условия, при которых имеет место распространение колебаний магнитных моментов от отдельных диполей на всю систему, в результате чего реализуется отклик решетки, слабо зависящий от параметров внешнего поля. Исследована прецессионная динамика магнитного момента решетки в переменном поле - обнаружены регулярные, квазипериодические и хаотические колебательные режимы. Исследованы динамические режимы магнитного момента наночастицы с одноосной или кубической анизотропией. Выявлены различные по форме аттрактора и периоду регулярные колебания. Впервые обнаружены состояния динамической бистабильности и получены переходы между входящими в бистабильность колебательными режимами с помощью импульсного изменения амплитуды переменного поля. Показано 90°-ное перемагничивание частицы при действии переменного поля. Впервые исследованы свойства поверхностных плазмон-поляритонов на границе раздела диэлектрика и периодической мелкослоистой структуры графен - диэлектрик. Наличие графена в такой структуре позволяет в определенных частотных диапазонах добиваться отрицательности эффективной диэлектрической проницаемости (ДП) и реализации условий существования поверхностной волны ТМ типа при практически полном отсутствии ее поглощения. На основе полученных дисперсионных зависимостей показано влияние доли графена в структуре на замедление поверхностного плазмон-поляритона. Исследованы условия распространения волноводных мод в структуре, состоящей из чередующихся слоев диэлектрика и графена. Получены дисперсионные соотношения для симметричных и антисимметричных мод. Построены частотные зависимости константы распространения и затухания, групповой и фазовой скоростей, энергетического потока, переносимого волноводными модами.Впервые исследованы спектры пропускания фотонно-кристаллической резонаторной структуры, в которой брэгговские диэлектрические зеркала содержат конечное число периодов с инвертированным порядком следования слоев, а резонаторный слой выполнен из материала с ДП, во много раз превосходящей ДП слоев в брэгговских зеркалах. Выявлено практически полное подавление пропускания не только в фотонной запрещенной зоне, но и вне запрещенной зоны. Показано, что увеличение ДП резонаторного слоя в десять раз приводит к сверхузким спектральным линиям дефектных мод. Исследованы особенности спектров пропускания слоя мелкослоистой среды «полупроводник - диэлектрик» при наличии магнитного поля. Выявлено образование частотной щели - зоны непропускания волны, и возникает система чередующихся узких зон пропускания и непропускания, сгущающихся с приближением частоты к резонансной. Исследована зависимость поглощательной способности слоя нанокомпозита (диэлектрическая матрица со сферическими металлическими включениями) от частоты, объемной доли и размера включений, толщины слоя и угла падения волны на него. Показано, что особенности оптических характеристик связаны с плазмонным резонансом в наночастицах и резонансной частотной зависимостью диэлектрической проницаемости композитной среды. Выявлены частотные интервалы, где падающее излучение практически полностью поглощается.В результате выполнения проекта за 2018 г. получен патент на полезную модель «Устройство для замедления поверхностных электромагнитных волн терагерцевого диапазона на основе тонкой сверхпроводящей пленки». Абрамов А.С., Золотовский И.О., Семенцов Д.И., Фотиади А.А. Свидетельство №173568 от 11.12.2018 г.