Исследование высокочастотных свойств магнитных пленок, жидких кристаллов и других перспективных материалов для опто- и радиоэлектроники, датчиков слабых магнитных полей.

Основные направления исследований

• Изучение распространения электромагнитных колебаний в сложных структурах на связанных резонаторах, в фотонных кристаллах.
• Технология изготовления тонких магнитных пленок и мультислойных структур для создания на их основе нелинейных СВЧ устройств и датчиков слабых квазистационарных и высокочастотных магнитных полей.
• Теоретические и экспериментальные исследования высокочастотных свойств магнитных пленок, жидких кристаллов и других, перспективных материалов для опто- и радиоэлектроники.

Основные достижения

Разработан и создан комплекс автоматизированного проектирования, изготовления и испытания микрополосковых СВЧ устройств и полосковых устройств на подвешенной подложке.
Разработан широкополосный магнитометр слабых магнитных полей, который может использоваться при решении широкого круга научно-технических и исследовательских задач, например, при реализации различных методов электромагнитных геофизических исследований, в системах магнитной связи в качестве широкополосной антенны, в военных целях, в медицине и в охранной сигнализации. Разработанный датчик имеет малые массу и габариты, является простым и сравнительно дешевым при серийном производстве, при этом он обладает чувствительностью, превышающей более чем на порядок чувствительность известных конструкций тонкопленочных датчиков. Уровень собственных шумов датчика на частоте 1 Гц составляет 10-11 Тл/Гц1/2; на частотах более 102 Гц чувствительность датчика превышает чувствительность лучших феррозондовых преобразователей, а на частотах выше 104 Гц, вплоть до частоты до 106 Гц, уровень шумов снижается до 10-13 Тл/Гц1/2.
Создана новая конструкция миниатюрного резонатора на основе слоистой диэлектрической структуры с параллельными полосковыми проводниками на поверхностях слоев, обладающая высокой собственной добротностью. Резонаторы опытного образца четырехзвенного фильтра, состоящие из семи проводников, изготовлены в виде гибридной структуры из шести слоев металлизированных медью пленок полиамида толщиной 50 m, имеющих относительную диэлектрическую проницаемость =3.5. Центральная частота полосы пропускания фильтра f00.36 ГГц, его габариты 31.815.58.5 мм3, а ширина полосы заграждения 44f0 по уровню –60 дБ. (B.A. Belyaev, A.M. Serzhantov, A.A. Leksikov, Ya.F. Bal’va, An.A. Leksikov Multilayered multiconductor stripline resonator and its application to bandpass filter with wide stopband, Microwave and Optical Technology Letters 59, 2212 (2017)
Получены спектры эффективной комплексной диэлектрической проницаемости и эффективной комплексной магнитной восприимчивости для диэлектрической среды с металлическими наночастицами. В отличие от подходов Бруггемана и Максвелла Гарнетта, использующих в расчетах квазистатическое приближение, рассчитано неоднородное распределение электромагнитных полей внутри металлических наночастиц, что позволило исследовать зависимость электромагнитных параметров гетероструктуры не только от частоты, но и от размера частиц. Показано, что частота плазмонного резонанса понижается как с увеличением размера частиц, так и с увеличением их концентрации в гетероструктуре. Показано также, что диэлектрическая среда, содержащая немагнитные металлические наночастицы, проявляет диамагнитные свойства. При этом положение максимума на частотной зависимости мнимой части магнитной восприимчивости совпадает с частотой релаксации носителей заряда. Рассчитанные спектры действительной и мнимой компонент диэлектрической проницаемости гетероструктуры с размерами металлических частиц меньше 10 нм хорошо согласуются с расчетами Бруггемана, однако с расчетами Максвелла Гарнетта согласие наблюдается только при концентрациях наночастиц меньше 10–6. (Б.А. Беляев, В.В. Тюрнев Электродинамический расчет эффективных электромагнитных параметров диэлектрической среды с металлическими наночастицами заданных размеров, ЖЭТФ 154, 716 (2018).

Основные приборы и оборудование

• Установка для вакуумного осаждения тонких магнитных пленок Vac-Tec Orion 40TM.
• Оптический измеритель толщины тонких магнитных пленок.
• Стенды для измерения амплитудно-частотных характеристик СВЧ фильтров на основе векторного анализатора цепей R&S ZNB20 и их испытания.

Методы исследований

• Радиоизмерения.
• Диэлькометрия.
• Микромагнитное моделирование.
• Электродинамический анализ 3D моделей сложных структур, в том числе содержащих активные материалы.
• Технологии термического и магнетронного распыления материалов в вакууме.

Сотрудники

Заведующий лабораторией Беляев Борис Афанасьевич доктор технических наук +7 391 2494591 belyaev@iph.krasn.ru