КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 21-79-10209
НазваниеЭлектромагнитные топологические состояния в метаматериалах с бианизотропией и взаимодействием дальних соседей
Руководитель Жирихин Дмитрий Васильевич, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" , г Санкт-Петербург
Конкурс №61 - Конкурс 2021 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-701 - Электронная элементная база информационных систем
Ключевые слова электромагнитные топологические состояния, бианизотропия, локализованные состояния, фотонная запрещенная зона, метаматериалы
Код ГРНТИ29.35.19
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Развитие и широкое внедрение концепций интернета вещей, умного дома и умного офиса ставит перед необходимостью обработки всё возрастающих объёмов информации за минимальное время. Ответом на этот вызов является переход к более высоким частотам электромагнитного спектра вплоть до оптических, что влечёт за собой необходимость использования микро- и наноструктурированных сред — метаматериалов и метаповерхностей — для хранения, передачи и обработки информации. Подобные структуры выступают основой так называемых метаустройств, интерес к которым со стороны технологических корпораций постепенно набирает обороты [https://www.wired.com/story/metalenz-smartphone-lens/].
Тем не менее, широкому внедрению метаустройств на сегодняшний день препятствуют несколько фундаментальных факторов. Так, случайно допущенный дефект в одной части структуры может существенно изменить электромагнитные характеристики образца в целом, заметно ухудшив ожидаемый функционал. Перспективным способом решения этой проблемы является концепция топологических состояний, устойчивых к различным типам беспорядка и обладающих свойствами однонаправленного распространения и устойчивой локализации. При этом само существование топологических состояний обеспечивается глобальными симметриями структуры, а потому нечувствительно к большинству локальных возмущений. На сегодняшний день исследовательский интерес к топологическим состояниям переходит из фундаментальной плоскости в область практических приложений, которые начали намечаться в СВЧ диапазоне, в том числе 5G, с перспективами перехода в 6G, терагерцовый и инфракрасный диапазоны.
В настоящем проекте мы планируем развить новые подходы к созданию электромагнитных топологических состояний, которые позволят сравнительно легко осуществлять перестройку топологических структур, сделав тем самым концептуальный шаг в сторону внедрения таких структур в новом поколении мета-устройств. Работу планируется вести по следующим направлениям:
1. Исследование влияния взаимодействия удаленных друг от друга мета-атомов (неближайших соседей) на формирование топологических фаз, в том числе топологических состояний высокого порядка, в двухмерных и трёхмерных электромагнитных системах.
2. Теоретическое и экспериментальное исследование трёхмерных топологических изоляторов на основе массивов диэлектрических частиц с нарушенной симметрией к пространственной инверсии. Благодаря эффективному бианизотропному отклику частиц, на границе подобной структуры с вакуумом ожидается формирование топологического поверхностного состояния, защищенного от рассеяния на дефектах.
3. Разработка и экспериментальная апробация методов перестройки электромагнитных топологических состояний в системах с пространственно чередующейся бианизотропией. Используя степень свободы, связанную с углом поворота несимметричных частиц, составляющих структуру, мы планируем продемонстрировать гибкую перестройку длины локализации топологических состояний.
Физика трёхмерных фотонных топологических изоляторов, топологических фаз высокого порядка, а также возможности их гибкой перестройки на сегодняшний день остаются сравнительно мало изученными, что задает мировой уровень новизны запланированных исследований. При этом реализация намеченной исследовательской программы позволит сделать концептуальный шаг к энергоэффективным топологически защищенным мета-устройствам для развивающихся технологий 5G и 6G.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ