Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Целью данной работы является получение и исследование полностью диэлектрических фотонных квазикристаллов, обладающих всенаправленной запрещённой зоной и при это не использующих материалы с высокой диэлектрической проницаемостью. Нами впервые была предложенна теоретическая модель, позволяющая получить диэлектрические квазикристаллические структуры, обладающие всенаправленной запрещённой зоной на заданной частоте. Получение желаемых свойств среды производится при помощи задания распределения брэгговских пиков в обратном пространстве. Обратное преобразование Фурье, применяемое к сконструированному распределению в обратном пространстве, даёт непрерывное распределение отклонения от средней диэлектрической проницаемости, которое затем приводится к пространственному распределению двух или более диэлектрических материалов, образующих квазикристалл. Работоспособность данного метода была впервые проверена при помощи численного эксперимента в среде CST Microwave Studio. Наличие всенаправленной запрещённой зоны было подтверждено в двух моделях - при изучении прохождения плоской волны через квазикристаллическую структуру и при излучении электромагнитного поля электрически малым диполем, помещённым в середину квазикристаллической структуры. Впервые был изготовлен экспериментальный образец диэлектрической квазикристаллической структуры при помощи метода экструзионной 3D-печати из пластика полилактид. Экспериментальное исследование свойств образца подтверждает наличие всенаправленной запрещённой зоны, обусловленной заданным расположением брэгговских пиков в обратном пространстве. Также впервые экспериментально наблюдалась локализация электромагнитных волн в структуре трехмерных икосаэрических квазикристаллах. Образцы представляли собой полимерные апериодические структуры с размером структурного элемента 3 мкм. Измерения были проведены на установке, основанной на коррелированном по времени счетчике одиночных фотонов. В экспериментах наблюдалась характерная задержка 150 пс импульсов света длины волны 530 нм, проходящих через апериодическую структуру квазикристалла.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Целью данной работы является получение и исследование полностью диэлектрических двумерных фотонных квазикристаллов, обладающих всенаправленной (в плоскости) запрещённой зоной, изготовленных без использования металлов и материалов с высокой относительной диэлектрической проницаемостью. Нами впервые была предложена теоретическая модель, позволяющая получить двумерные диэлектрические квазикристаллические структуры, состоящие из двух диэлектрических материалов и обладающие всенаправленной (в плоскости) запрещённой зоной на заданной частоте для любого значения отношения относительных диэлектрических проницаемостей материалов, составляющих структуру. Желаемые свойства среды конструируются при помощи задания распределения Брэгговских пиков в обратном пространстве, после чего к распределению применяется обратное двумерное преобразование Фурье, для получения непрерывного распределения отклонения от средней диэлектрической проницаемости, которое затем приводится к пространственному распределению двух диэлектрических материалов, образующих двумерный квазикристалл. Работоспособность данного метода была впервые проверена при помощи численного эксперимента в среде CST Microwave Studio. Наличие всенаправленной запрещённой зоны было подтверждено методом измерения локальной плотности фотонных состояний в плоскопараллельном волноводе в режиме ТЕМ-моды, позволяющем эффективно моделировать среду, бесконечную в одном из направлений. Впервые были изготовлены экспериментальные образцы двумерной диэлектрической квазикристаллической структуры как при помощи методов экструзионной 3D-печати из пластика полилактид (PLA), так и при помощи фрезеровки на станке с ЧПУ из пеноматериала с низкой отностиельной диэлектрической проницаемостью. Экспериментальное исследование свойств образцов подтверждает наличие всенаправленной запрещённой зоны в СВЧ-диапазоне, обусловленной заданным расположением брэгговских пиков в обратном пространстве. Всенаправленная в плоскости запрещённая зона в двумерном квазикристалле впервые была получена для сверхмалых значений контраста (отношения коэффициентов преломления) материалов, а именно, для контраста равного 1.1, что намного меньше, чем все известные к настоящему времени результаты. Было также проведено исследование влияния неупорядоченности на существование всенаправленной запрещённой зоны в двумерных фотонных кристаллах и двумерных квазикристаллах. Было показано, численно и экспериментально, что степень неупорядоченности, при которых запрещённая зона исчезает в обыкновенных фотонных кристаллах после внесения в них беспорядка, не оказывает влияния на наличие запрещённой зоны в аналогичных квазикристаллических структурах.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Целью данной работы являются теоретические, численные и экспериментальные исследования диэлектрических квазикристаллических структур, полученных методом конструирования в обратном пространстве и их использование в задачах управления электромагнитным излучением, как в микроволновом, так и в оптическом диапазоне. Нами впервые была исследована возможность получения всенаправленной диаграммы направленности диполя, помещенного внутри полностью диэлектрической квазикристаллической структуры. Наличие всенаправленной диаграммы направленности было подтверждено численными результатами в среде CST Microwave Studio. Распределение максимумов в обратном пространстве и их направления определяют конечные свойства квазикристаллической структуры. Это позволило сделать гипотезу о том, что, задавая особым образом распределения максимумов в обратном пространстве, можно манипулировать диаграммой направленности точечного излучателя, помещенного внутри образца. Рассматривая эффект Парселла для квазикристаллической структуры, мы обнаружили, что на границе запрещенной зоны наблюдается возрастание локальной плотности состояний, что свидетельствует об усиление излучения малого излучателя по сравнению со свободным пространством. В результате интерференции электрических мод полуволнового диполя и квазикристаллической структуры на частоте пика локальной плотности состояний можно добиться высокой направленности излучения в заданном направлении. В результате удалось достигнуть узконаправленной диаграммы направленности с коэффициентом усиления до 10 дБ. Впервые была изготовлена модель квазикристаллической структуры при помощи методов экструзионной 3D-печати из пластика полилактид (PLA). Теоретические результаты были подтверждены экспериментальным исследованием. Все это открывает путь к созданию новых типов высоконаправленных антенн, которые найдут свое применение в микроволновом и оптическом диапазоне частот. В недавней работе мы впервые представили результаты по разработке квазикристаллических фотонных структур, которые обеспечивают селективное рассеяние электромагнитной волны, падающей на образец. Для этого мы предположили, что максимумы Фурье-образа искомого распределения диэлектрической проницаемости в обратном пространстве должны быть расположены вдоль двух дуг на сфере Эвальда, соответствующей рассеянию волны с требуемыми параметрами: длина волны и угол падения. Таким образом, рассеянные волны будут распространяться внутри образца в секторах, образованных обратным пространством. Теоретическое исследование свойств полученной структуры подтвердило спектрально-угловую селективность рассеяния. Результаты численных расчетов показывают возможность получения эффективного рассеяния и поглощения электромагнитной энергии до 94% при диэлектрическом контрасте двух материалов 1.07. Мы ожидаем, что предложенная квазикристаллическая структура откроет широкие возможности при создании новых фотонных устройств локализации света. Было также показано, что в среде из параллельных проводов пробный электрический заряд экранируется сферически-симметричным потенциалом с дебаевским радиусом пропорциональным плазменной частоте.