Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Приглашенный ученый Никитов Сергей Аполлонович Россия
Номер договора
11.G34.31.0030
Период реализации проекта
2010-2014

По данным на 30.01.2020

33
Количество специалистов
68
научных публикаций
55
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация

Ученые лаборатории изучают структуры (метаматериалы), с помощью которых возможно  управление свойствами электромагнитных волн, прежде всего светом. Подобные структуры открывают новые возможности в оптике. Метаматериалы в перспективе позволят создать оригинальные оптические преобразователи — оптические компьютеры, работающие на сверхвысоких частотах.

Название проекта: Метаматериалы на основе фотонных, фононных, плазмонных и магнонных кристаллов и их применение в СВЧ-радиоэлектронике и фотонике

Приоритет СНТР: а

Цели и задачи

Направления исследований: Частотные зависимости коэффициентов отражения и прохождения СВЧ-излучения, поверхностные и объемные акустические волны в одномерных и двумерных фононных и фонон-магнонных кристаллах, разработка технологий создания 1D и 2D фононных кристаллов и СВЧ-акустоэлектронных устройств на их основе, взаимодействие электромагнитного излучения терагерцового диапазона с электронно-дырочной плазмой в полупроводниковых и металлических наноструктурах сложной формы, магнонные кристаллы, ферромагнитные слоистые структуры на металлических и полупроводниковых подложках

Цель проекта: Теоретическое и экспериментальное исследование волновых процессов, происходящих в метаматериалах, исследование способов создания метаматериалов и разработка устройств на их основе для их применения в радиоэлектронике и фотонике

Практическое значение исследования
Научные результаты:

  • Теоретически и экспериментально обоснована возможность создания ближнеполевого измерителя параметров нанослоев с использованием низкоразмерной резонансной системы, обладающей максимальной чувствительностью к характеристикам нанослоев и обеспечивающей возможность измерения толщины, электропроводности и диэлектрической проницаемости нанослоев.
  • Теоретически и экспериментально обоснованы методы создания новых типов функциональных устройств СВЧ-, КВЧ-диапазонов на основе фотонных кристаллов.
  • Теоретически и экспериментально обоснованы новые технологии измерения толщины и электропроводности нанослоев в квантоворазмерных структурах по спектрам отражения и прохождения взаимодействующего с ними излучения сверхвысокочастотного и оптического диапазонов.
  • Разработана технология формирования нанокомпозитов с включениями в виде углеродных нанотрубок с управляемыми характеристиками в СВЧ-диапазоне. Теоретически и экспериментально обоснованы радиоволновые технологии контроля параметров нанокомпозитов с включениями в виде углеродных нанотрубок.
  • С использованием метода ближнеполевой СВЧ-микроскопии в режиме автодинного детектирования информационного сигнала обнаружены ранее неизвестные физические эффекты, возникающие в приборах микро- и наноэлекроники.
  • С использованием метода ближнеполевой СВЧ-микроскопии было бесконтактно с высоким разрешением измерено распределение свободных носителей заряда и напряженности электрического поля в полупроводниковых структурах диодов Ганна. В результате была впервые установлена возможность существования в таких диодах стационарного многодоменного режима, что позволяет по-новому объяснить физику их работы.
  • Разработаны новые физические подходы к созданию устройств для обработки электромагнитных сигналов в терагерцовом (ТГц) диапазоне частот, основанные на свойствах плазменных колебаний в полупроводниковых и графеновых периодических наноструктурах (планарных плазмонных кристаллах).
  • Показано, что использование планарных плазмонных кристаллов позволяет многократно усилить детектирующую способность ТГц-плазмонных детекторов, продвинуться в более высокие частоты и исключить использование дополнительных антенных элементов. Вследствие малой длины волны плазменных колебаний и резонансного усиления ближнего поля в дефектных плазмонных кристаллах можно осуществлять плазмонную ближнеполевую ТГц-микроскопию нанообъектов с субмикронным разрешением.
  • Предсказано гигантское усиление и эффективная лазерная генерация ТГц-излучения в планарном плазмоном кристалле.
  • Разработан квазиполевой метод расчета ВШП ПАВ с произвольной формой электродов, который будет использован при реализации проекта для расчета электрических характеристик и топологии ВШП сложной структуры для возбуждения сигнала ПАВ и приема рассеянных на неоднородностях ПАВ.
  • Разработан метод расчета рассеяния ПАВ одномерной системой поверхностных неоднородностей с использованием метода конечных элементов, реализованного в системе Comsol Multyphisics.
  • Исследованы характеристики прохождения, отражения и рассеяния в объем ПАВ-волн в одномерных системах поверхностных неоднородностей.
  • Рассчитаны с учетом рассеяния в объем и изготовлены отражательные линии задержки для радиочастотных идентификационных меток на ПАВ в диапазонах частот «900 МГц», «2.45 ГГц» и впервые в мире «6 ГГц» с минимальным элементом металлизированной структуры 150 нм. Экспериментальные характеристики хорошо соответствуют расчетным.
  • Впервые обнаружены гибридные «быстрые» магнитоупругие волны в пленочных структурах ЖИГ.
  • В области фононных кристаллов были достигнуты новые функциональные возможности использования 1D и 2D фононных кристаллов, позволившие достичь значительного повышения добротности СВЧ-акустических резонаторов (до 11 000 на ПАВ и до 100 000 на ОАВ).
  • Созданы термостабилизированные перестраиваемые в полосе 5% СВЧ-магнитоакустические резонаторы, СВЧ-радиочастотные идентификационные метки на основе отражательной линии задержки на ПАВ в диапазоне 2400–2483 МГц.
  • Получены теоретические данные, показывающие возможность создания устройств на ПАВ в диапазоне до 10 ГГц, аподизованных преобразователей ОАВ в диапазоне частот до 40 ГГц, а также новых функциональных устройств на ПАВ и ОАВ с использованием «метаповерхности».
  • Проведены комплексные исследования особенностей распространения спин-волновых возбуждений в нерегулярных, связанных, периодических и многослойных ферромагнитных структурах.
  • Получены и аттестованы образцы тонкопленочных микро- и наноструктур, выполнены теоретические и экспериментальные исследования их свойств, характеризующие особенности распространения спиновых волн, разработаны макеты пространственно-распределенных систем для параллельной обработки информации во временной и частотных областях для микроволнового диапазона.
  • Разработано новое поколение приборов и устройств передачи и обработки данных, функционирующих в микроволновом диапазоне.
  • Проведены впервые исследования, отражающие особенности распространения (пространственной и временной локализации, коллимации, перекачки) спиновых волн в таких системах и разработаны методы управления связью с целью создания управляемых устройств обработки СВЧ-сигналов в информационно-телекоммуникационных системах нового поколения.

Внедрение результатов исследования:

  • Проведены опытно-конструкторские работы по теме «Математическое моделирование процессов распространения электромагнитных волн в слоистых резистивно-диэлектрических пленочных структурах и разработка технологии их формирования», разработаны малогабаритные согласованные нагрузки на диапазоны частот 8,15–12,05 ГГц, 12,05–17,44 ГГц, 17,44–25,95 ГГц, 25,95 ГГц–37,50 ГГц, 37,50–53,57 ГГц, 53,57–78,33 ГГц.

  • Проведены опытно-конструкторские работы Минпромторга РФ по теме «Разработка модуля широкополосной линии задержки с электрически управляемой задержкой в диапазоне частот (8–18) ГГц», разработаны широкополосные перестраиваемые линии задержки в диапазоне частот 8-18 ГГц.

Образование и переподготовка кадров:

  • Издано учебное пособие «СВЧ-фотонные кристаллы – новая разновидность периодических структур в радиоэлектронике» (Авторы: Д. А. Усанов, С. А. Никитов, А. В. Скрипаль, Д. В. Пономарев).

  • Защиты: 7 кандидатских диссертаций.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

  • Создана научно-исследовательская группа по направлению «Магнонные кристаллы», а также уникальный комплекс бриллюэновской спектроскопии (Brillouin Light Scattering, BLS), основанный на эффекте мандельштам-бриллюэновского рассеяния света на спиновых волнах. С помощью комплекса BLS будет проводиться экспериментальное исследование пространственной динамики спиновых волн в исследуемых структурах в микроволновом и терагерцовом диапазоне.

  • Оборудована чистая комната класса ISO 6 и система вакуумного магнетронного напыления VSM-100 ADVAVAC Surface Technologies с комплектом мишеней различных металлов, включая платиновую мишень, фирмы K. J. Lesker (США) и система плазменной обработки (очистки) ATTO II Diener Electronic GmbH. Оборудование будет использоваться для изготовления планарных массивов ферромагнитных структур, с микронными и субмикронными топологическими нормами.

Другие результаты:

  • Три сотрудника получили Премию Правительства Москвы в области науки и техники (по радиоэлектронике) для молодых ученых.

  • В 2014 году проведена первая научная конференция по бриллюэновской спектроскопии, ставшая впоследствии регулярным международным мероприятием.

Сотрудничество:

Университет Тохоку (Япония), GVR Trade SA (Швейцария), Эксетерский университет (Великобритания), Словацкий технический университет в Братиславе (Словакия), Университет Мюнстера (Германия), Лионский университет (Франция), Университет Лилль I (Франция), Высшая национальная школа передовых технологий (Швейцария), Рочестерский университет (США): совместные исследования.

Скрыть Показать полностью
Усанов Д. А., Никитов С. А., Скрипаль А. В., Пономарев Д. В.
Одномерные СВЧ-фотонные кристаллы. Новые области применения. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2018. – 184 с.
Gulyaev Yu.V., Nikitov S.A., Usanov D.A., Skripal A.V., Posadskii V.N., Tiazhlov V.S., Baykin A.V.
Low_Dimensional Waveguide Microwave Photonic Crystals. Doklady Physics, Vol. 59 (10): 437–440 (2014).
Popov V.V., Polischuk O.V., Nikitov S.A., Ryzhii V., Otsuji T., Shur M.S.
Amplification and lasing of terahertz radiation by plasmons in graphene with a planar distributed Bragg resonator. Journal of Optics, Vol. 15: 114009-1–114009-8 (2013).
Сучков С.Г., Никитов С.А., Николаевцев В.А., Янкин С.С., Сучков Д.С., Комков С.В, Пиловец А.А., Шатрова Ю.А.
Квазиполевой метод расчета характеристик радиочастотных идентификационных меток на поверхностных акустических волнах. Радиотехника и электроника 60 (12): 1259-1263 (2015).
Plessky V., Lamothe M., Davis Z., Suchkov S.
SAW tags for the 6-GHz range. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control 61(12): 2149-2152 (2014).
Sadovnikov A.V., Odintsov S.A., Beginin E.N., Sheshukova S.E., Sharaevskii Yu.P. and Nikitov S.A.
Toward nonlinear magnonics: Intensity-dependent spin-wave switching in insulating side-coupled magnetic stripes. Physical Review B 96: 144428 (2017).
Фотоальбомы
Понедельник , 02.12.2019
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория передовой нанофотоники и квантовых материалов

Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)

Электротехника, электронная техника, информационные технологии

Москва

Мартин-Морено Луис

Испания

2021-2023

Лаборатория спин-орбитроники

Дальневосточный федеральный университет

Электротехника, электронная техника, информационные технологии

Владивосток

Оно Теруо

Япония

2021-2023

Лаборатория стохастических мультистабильных систем

Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет имени Н. И. Лобачевского

Электротехника, электронная техника, информационные технологии

Нижний Новгород

Спаньоло Бернардо

Италия

2018-2022