Эксπир
Регистрация / Вход

Разработка метаматериалов с отрицательным показателем преломления в оптической области спектра путем реализации регулярных трехмерных структур на основе стекол с металлическими и диэлектрическими нанокристаллами

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
6 млн
Внебюджетные средства
2 млн

Разработка методов получения новых искусственных электромагнитных наноматериалов для гигагерцового, терагерцового и оптического диапазонов, а именно: многофункциональных метаматериалов, обладающих отрицательным коэффициентом преломления и оптической активностью и предназначенных для эффективного управления электромагнитным излучением в различных системах безопасности, телекоммуникации, навигации и системах медицинской диагностики. Разработка оригинальных трехмерных наноэлементов-резонаторов и наносистем, обладающих возможностью динамической перестройки резонансных свойств, а соответственно возможностью динамического управления амплитудой, длительностью, поляризацией и направлением распространения электромагнитного излучения

Этапы проекта

1
20.04.2007 - 30.06.2007
В ходе выполнения первого этапа работы была проведена подготовка оборудования для воздействия электромагнитных и тепловых полей на процессы фазового разделения и кристаллизации. Были подготовлены следующие установки:
- установка для проведения ионнообменных обработок стекла в интервале температур 400-6000С;
- установка для термообработок стекол в атмосфере водорода при 200-6000С;
- установка для полинга (термообработка при приложенном постоянном электрическом поле) стекол;
- установка для термообработки стекол в градиентном тепловом поле;
- установка для УФ облучения стекол с использованием лампы ДРШ-500 в непрерывном режиме и азотного лазера ЛГИ-21 в импульсном режиме.

Проведен выбор составов и условий синтеза стекол с добавками металлов (меди и серебра) и халькогенидных компонентов. Установлен состав стекла, в котором удается наиболее эффективно управлять размерами и концентрацией нанокристаллов серебра. Определен температурный интервал наиболее эффективной агломерация серебра на центрах скрытого изображения, возникающих в процессе УФ облучения, и исследована кинетика образования наночастиц серебра. Выбраны составы стекол, в которых возможно выделение частиц меди с высокой степенью регулярности, и определены температурные интервалы выделения нанокристаллов меди. Проведены исследования возможности введения халькогенидных компонентов в различные стеклообразные матрицы. Установлен оптимальный состав натриевоцинковосиликатного стекла для выделения наноструктурированной фазы сульфида свинца, обладающего высокой диэлектрической постоянной, изменение содержания которого позволяет контролируемым образом изменять диэлектрическую проницаемость метаматериала.
Развернуть
2
01.07.2007 - 31.12.2007
Цель 2 этапа работы – исследование влияния полевых воздействий на структуру получаемых метаматериалов и их оптические и физико-химические свойства.

2. Работы, выполненные на отчетном этапе:
Проводилась разработка температурно-временных режимов термообработки и определение условий полевых воздействий, позволяющих получать стеклокристаллические метаматериалы, содержащие металлические, металл-диэлектрические и полупроводниковые нанокристаллы.
Изготавливались лабораторные образцы стеклокристаллических метаматериалов для исследования структуры, оптических и физико-химических свойств.
Изучалась структура получаемых метаматериалов и выбирались режимы их получения, обеспечивающие заданную морфологию структуры в них.

3. Результаты:
Разработаны температурно-временные режимы термообработки и условия полевых воздействий, позволяющие получать стеклокристаллические метаматериалы, содержащие металлические, металл-диэлектрические и полупроводниковые нанокристаллы, изготовлены лабораторные образцы стеклокристаллических метаматериалов и изучена их структура, оптические и физико-химические свойства.
Разработан способ формирования наночастиц металлического серебра в поле механических напряжений, возникающих в результате ионно-обменной диффузии в системе «стекло-расплав соли» и способ, основанный на использовании температурно-временных обработок в электрическом поле (полинг). Определены режимы обработок образцов стекла и получены опытные образцы стеклокристаллических метаматериалов с нанокристаллами металлического серебра. Определены условия, при которых возможно реализовать формирование и упорядоченное расположение нанопроволок из металлического серебра.
Оптимизированы режимы термообработки экспериментальных силикатных стекол, что обеспечило формирование стеклообразных метаматериалов с регулярным 3D распределением металл-диэлектрических нанокристаллов и открыло принципиально новые возможности получения метаматериалов с требуемой морфологией и дисперсией отклонения от регулярности в процессе 3D-самосборки.
Исследованы стеклокристаллические метаматериалы с полупроводниковыми нанокристаллами сульфида свинца. Обнаружены эффекты, указывающие на существование термодинамических и/или физико-химических механизмов, которые позволяют осуществить 3D-самосборку полупроводниковых нанокристалллов в процессе диффузионного распада, происходящего в пересыщенной по компонентам полупроводникового соединения стеклообразной диэлектрической матрице.
Полученные результаты указывают на перспективность поиска принципиально новых путей создания метаматериалов с аномальными оптическим свойствами, в частности, с отрицательным показателем преломления. Предлагаемые пути основаны на использовании физических и физико-химических процессов, обеспечивающих формирование высокоупорядоченной структуры из металлических, металл-диэлектрических и полупроводниковых нанокристаллов в неорганической диэлектрической матрице.
Развернуть
3
01.01.2008 - 30.06.2008
Рассмотрены различные методы моделирования распространения электромагнитных полей в метаматериалах и сопоставлены различные вычислительные схемы и ресурсы.
  На основании результатов теоретического анализа произведена оптимизация структуры и изготовлены лабораторные образцы метаматериалов.
  В субволновой фотонно-кристаллической пластине с оптимизированной структурой продемонстрировано наличие отрицательного показателя преломления ?0.66.
  Пластина может быть получена из фотонно-кристаллического волокна, вытянутого из оптических стекол с разницей показателей преломления 0.3 по разработанной ранее наборной технологии.
Развернуть
4
01.07.2008 - 31.10.2008
Разработаны методы и технологические принципы получения гетероструктур, составленных из наноразмерных фрагментов метаматериалов с отрицательным и положительным показателями преломления;
  Получены лабораторные образцы гетероструктур;
  Проведены исследование эффективного показателя преломления гетероструктур и разработка принципов управления эффективной величиной показателя преломления с целью создания материалов-невидимок;
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.3 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области индустрии наносистем
Продолжительность работ
2012, 1 мес.
Бюджетные средства
3 млн
Организация
ИТФ им Л.Д.Ландау РАН
профинансировано
Тема
Разработка методов получения метаматериалов
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
12 млн
Количество заявок
4
Тема
Разработка и создание наноструктурированных метаматериалов с резонансными оптическими свойствами.
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
2
Тема
Поляризационные измерения амплитудных и фазовых спектров пропускания и отражения, а также спектров действительной и мнимой частей диэлектрической и магнитной проницаемостей твердых тел и жидкостей в терагерцовом диапазоне электромагнитных волн на установке: "Субмиллиметроый ЛОВ-спектрометр "Эпсилон" (ЭПСИЛОН) (рег. № 01-05)"
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
2,4 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка методов и метрологического обеспечения экспресс диагностики электромагнитных параметров наноматериалов
Продолжительность работ
2014 - 2016, 28 мес.
Бюджетные средства
48,3 млн
Количество заявок
6
Тема
Исследование волноводных структур на основе гетерогенных нанокомпозитов для создания низкопороговых нелинейно-оптических устройств управления излучением и обработки информации.
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
1