Теоретично досліджено електродинамічні властивості біанізотропних середовищ. Розв'язано векторну задачу низькочастотного розсіяння електромагнітної хвилі на тривісному однорідному біанізотропному еліпсоїді в необмеженому анізотропному середовищі, а також на одновимірно-неоднорідному довільно біанізотропному шарі. Одержано аналітичні вирази для тензорів діелектричної та магнітної проникності, магнітоелектричної взаємодії штучного біанізотропного середовища. Встановлено залежність характеристик розсіяного поля від параметрів плоскошаруватого біанізотропного середовища. Наведено вирази для тензорних функцій Гріна рівнянь Максвелла у даному середовищі через скалярні потенціали.

Розроблено математичні моделі струмів і полів з використанням дробового оператора ротора та встановлено, що вони можуть застосовуватися в задачах відбиття електромагнітних хвиль від меж з анізотропними імпедансними межовими умовами або біанізотропного шару. Одержано аналітичні вирази, які взаємопов'язують дробові показники з елементами тензора анізотропного імпедансу та з параметрами біанізотропного шару (товщиною, кіральністю та параметром Теллегена). Встановлено, що дробове поле може моделювати хвилю, яка проходить крізь кіральний шар. Наведено визначення дробового порядку через кіральність. Розв'язано задачу дифракції на стрічці з дробовими граничними умовами (ДГУ). Розроблено метод розв'язання цієї задачі. Встановлено, що ДГУ можуть застосовуватися для моделювання розсіювання від меж з імпедансними граничними умовами. Наведено аналітичну формулу, що визначає дробовий показник через значення імпедансу. Одержано аналітичний розв'язок задачі дифракції на стрічці з ДГУ для всіх значень довжини за спеціального значення дробового показника 1/2. Встановлено та надано пояснення резонансів для поперечника зворотного розсіяння для стрічки з ДГУ за значення дробового порядку 1/2 у разі великих значень довжини хвилі у порівнянні з шириною стрічки, які відсутні для інших значень дробового порядку. Подібна стрічка має "надхвильові" властивості, тобто може ефективно відбивати електромагнітні хвилі з довжиною хвилі набагато більшою, ніж її поперечні розміри.

Досліджено взаємодію поверхневих і плоских електромагнітних хвиль з макро-, мікро- та нанонеоднорідностями поверхні золота та срібла. Розглянуто процес дифракції поверхневих хвиль на макромасштабних неоднорідностях поверхні. Встановлено характерні особливості просторового розподілу розсіяння плазмон-поляритонних і спадних хвиль на довільно орієнтованому одновимірному дефекті поверхні. На підставі результатів кількісного аналізу просторового розподілу розсіяння плоских хвиль різної довжини розвинено метод дослідження кореляційних властивостей неоднорідностей мікрорельєфу та діелектричної проникності досліджуваної поверхні. Експериментально доведено, що величина повного інтегрального розсіяння для поверхневих плазмон-поляритонів є значно більшою за її величину для плоских хвиль. Одержано залежності просторового розподілу розсіяння плоских і поверхневих хвиль на планарному шарі наночастинок галію. Кількісний аналіз даних розсіяння дозволив визначити характерні особливості розсіяння хвиль різних типів, а також розрахувати перетини розсіяння однією наночастинкою.

Розвинуто методи розв'язання відкритих початково-крайових задач у часовому просторі. Досліджено перехідні процеси, що супроводжують випромінювання імпульсних сигналів. З використанням методу переносу умов випромінювання на віртуальні межі розрахункового простору побудовано точні поглинальні умови для відкритих двовимірних початково-крайових задач з трансляційною симетрією. Числово досліджено процес наближення розв'язку до точного та показано, що використання точних поглинальних умов дозволяє звести зумовлену наявністю віртуальних меж обчислювальну похибку до довільно малої попередньо заданої величини. Аналітично та числово обгрунтовано математичну строгість постановки та розв'язання у часовому просторі розглянутих відкритих двовимірних початково-крайових задач. Розроблено та програмно реалізовано високоефективний обчислювальний алгоритм, застосування якого для дослідження двовимірних моделей теоретично та практично важливих радіофізичних структур дозволило одержати вірогідні результати, які мають суто наукове значення. Відзначено, що ці результати доцільно використовувати під час розробки та проектування широкого класу практично важливих діаграмотвірних структур та імпульсних випромінювачів.

Вивчено новий тип поверхневих електромагнітних хвиль, які поширюються вздовж межі розподілу двох різних шарувато-періодичних структур. Одержано дисперсійне співвідношення для поверхневих хвиль. Розглянуто електродинамічні властивості контакту двох напівпровідникових решіток, розташованих у зовнішньому магнітному полі. Проаналізовано поширення геліконових хвиль. Показано, що поблизу меж пропускання об'ємних геліконів існує поверхнева геліконова хвиля. Проведено аналітичне дослідження нелінійної трихвильової взаємодії електромагнітних хвиль у періодичній діелектричній структурі. Показано, що крім брегівського резонансу нелінійний резонанс суттєво збільшує ефективність даної взаємодії. Числово досліджено умови синхронізму з урахуванням дисперсійних співвідношень для об'ємних і поверхневих хвиль. Показано, що хвилі розпаду можуть знаходитися у різних зонах пропускання.

Індекс рубрикатора НБУВ: В313.223,022 + В161.21,022

Рубрики:

Теорія розповсюдження електромагнітних хвиль

Диференціальне числення

Шифр НБУВ: РА319994 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Розроблено чисельну модель, що дозволяє будувати розв'язки задачі дифракції плоскої електромагнітної хвилі на багатошарових циліндричних об'єктах, засновані на точному класичному електродинамічному розв'язку. Модель дозволяє досліджувати структуру поля при довільних знаках діелектричної та магнітної проникностей, тобто розглядати як середовища з поглинанням, так і оптично активні середовища. Детально досліджено найпростіші об'єкти, такі як циліндр із ідеальною провідністю та діелектричний циліндр. Увагу приділено фізичним особливостям розв'язку - аналогам явищ Гібса і Брюстера. Досліджено вплив діелектричного покриття на розсіювання електромагнітних хвиль об'єктами із ідеальною провідністю. Показано, що виникнення нових поперечних мод в шарі покриття приводить до утворення "пачок" в частотній залежності зворотного розсіювання та "сходинок" в розсіянні вперед, на які накладаються швидкі осциляції. Показано, що застосування покриття не може послабити відбиттів об'єкта в широкому діапазоні частот. В межах розробленої моделі проведено чисельне моделювання характеристик розсіяння та поглинання електромагнітних хвиль наноциліндрами та нанотрубками із золота та срібла у видимому діапазоні світла. Детально досліджено локалізовані поверхневі плазмонні резонанси, що виникають у цих нанооб'єктах. Досліджено електродинамічні характеристики золотих та срібних нанотрубок як сенсорів зміни показника заломлення навколишнього середовища.

Представлено результати досліджень близькокритичних явищ і фазових переходів у квантових газах за допомогою першопринципних і середньопольових теоретичних підходів. Досліджено термодинамічні характеристики ідеальних газів у режимі квантового виродження на всьому інтервалі температур, у тому числі де розкладання в рамках теорії збурень є непридатними. Виявлено ефекти фільтрації сигналів оптичного діапазону ультрахолодними бозе-газами атомів лужних металів, показано принципову можливість прискорення релятивістських частинок такими системами у стані бозе-конденсації. Узагальнено теоретичний підхід динамічної теорії середнього поля на випадки опису взаємодіючих фермі-газів із різними амплітудами тунелювання, густиною частинок, високими спіновими симетріями та за наявності обмінної взаємодії між частинками по типу зв'язку Гунда. Одержано фазові діаграми магнітних фаз і представлено ефективні спінові моделі у границях сильного зв'язку для ультрахолодних газів фермі-атомів в оптичних ґратках. Теоретично передбачено явище конденсації спін-триплетних екситонів у кристалах оксидів кобальту та пояснено гістерезисну поведінку таких сполук у зовнішньому сильному магнітному полі. Одержано та проаналізовано низькотемпературні фазові діаграми групи кристалів на основі оксидів кобальту з домішками елементів групи лантану, кальцію, стронцію та фтору. Досліджено дисперсійні характеристики екситонних збуджень у таких системах. Показано, що результати розвинутих теоретичних підходів добре узгоджуються із проведеними експериментами з резонансного непружного рентгенівського розсіяння. Одержані результати доповнюють і розширюють існуючі уявлення про квантові гази як у відсутності, так і за наявності зовнішніх полів, у тому числі таких, що утворюють просторово-періодичні ґраткові структури.

Дисертаційна робота представлена в рамках актуального напрямку сучасної радіофізики, який стосується синтезу штучних композитних матеріалів і теоретичного й експериментального дослідження їх електродинамічних властивостей. Матеріали, що досліджуються, містять оптично-активні включення та можуть функціонувати на однакових фізичних принципах у різних діапазонах частот від НВЧ до оптичного. Розвинуто й узагальнено існуючі методи аналізу штучних середовищ зі складною просторовою композицією, що, в поєднанні з підходами сучасної радіофізики та математичної фізики, дозволило виявити низку нових фізичних ефектів і закономірностей поширення та розсіяння електромагнітних хвиль на таких композитних структурах. Обґрунтовано важливість результатів як для прикладних досліджень, спрямованих на створення високоефективних пристроїв фотоніки, мікроелектроніки, оптоелектроніки та плазмоніки, так і для поглиблення фундаментальних знань про особливості взаємодії електромагнітного випромінювання зі штучними композитними середовищами.

Роботу присвячено дослідженню взаємної фазової синхронізації електромагнітних сигналів у спінтронних магнітних наноструктурах (СМНС) та дослідженню умов генерації електромагнітних сигналів терагерцового діапазону частот у пристроях на основі СМНС. Аналіз процесів взаємної фазової синхронізації коливань намагніченості у масивах СМНС з випадковими та детермінованими власними параметрами дав змогу виявити залежність частотної смуги фазової синхронізації від величини розкиду цих параметрів, кількості осциляторів в системі та їх взаємного розташування у просторі. Досліджено процеси генерації у пристроях терагерцового діапазону частот на основі спінових осциляторів Холла (СОХ) з антиферомагнітним шаром, де виведення генерованого сигналу відбувається через магнітне дипольне випромінювання або за допомогою осциляцій анізотропного тунельного магнітоопору структури. Проведено оптимізацію параметрів таких джерел та визначено їх оптимальні електродинамічні характеристики. Показано, що такі джерела будуть генерувати електромагнітний сигнал потужністю, що перевищує 1 мкВт на частотах 0,1 – 1 ТГц. Вперше показано можливість роботи СОХ в імпульсному режимі з тривалістю імпульсу ~ 1 пс, за якого його поведінка нагадує поведінку штучного "нейрона". Запропоновано логічні схеми та комірки пам’яті на основі таких "нейронів".