Проекты

Метаматериалы

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Прикладная физика» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Электромагнетизм
Авторы работы: ГБОУ Школа № 2127
Предметы: Физика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 18−20 апреля 2019 года

Цель

Исследование диэлектрических метаматериалов.

Задачи

  • Прослушать курс лекций от университета «МИСиС».
  • Познакомиться и научиться работать с нужным нам оборудованием.
  • Найти и ознакомиться с материалом о диполях и электромагнитных полях.
  • Подобрать удобные материалы для изготовления образцов.
  • Изготовить образцы и подготовить их к исследованию.
  • Исследовать образцы с помощью безэховой камеры и векторного анализатора цепей Rohde & Schwarz ZVB20.
  • Обработать и сравнить полученные результаты.

Описание

В современном мире всё зависит от электричества. Для исследования были выбраны метаматериалы.

В частности, метаматериал − искусственно созданная среда, оптические свойства которой зависят не только от свойств составляющих элементов, сколько от их топологии. Метамолекула − двух- или трёхмерно-периодическая ячейка, содержащая в себе метаатомы (мельчайший элемент метаструктуры).

Метаматериал обладает свойствами, которые не встречались в природе. Например, отрицательная рефракция. Это послужило новым открытиям в области оптики и электромагнетизма. Основной целью нашей работы являлось исследование диэлектрических метаматериалов: возможно ли создание диэлектрических метаматериалов с низкой диэлектрической проницаемостью путём использования не частиц-метаатомов, а отверстий в деревянном образце.

Тема проекта актуальна в современное время, ведь обычное изготовление диэлектрических метаматериалов заключается в фабрикации сложных и дорогих керамических частиц. В нашем проекте предлагается использование дешёвого и доступного дерева и изготовление отверстий вместо частиц.

Полученный метаматериал был изготовлен и экспериментально исследован. Образцы метаматериалов добротны и выполнены из дерева методом лазерной резки. Показаны особенности характеристик в зависимости от видов перфорированных отверстий.

Результат

Полученный метаматериал был изготовлен и экспериментально исследован.

Оснащение и оборудование

  1. Компьютер
  2. Фанера

Перспективы использования результатов работы

Подобный эффект можно применять дальше и для оптического диапазона, в котором для изготовления метаматериалов можно использовать сапфир, кремний или германий и создавать элементы лазеров, волноводов и т. д. В проекте был показан лишь принцип, который при масштабировании может быть с успехом применён в наноиндустрии, т. к. известно, что электродинамика Максвелла линейна, и описанное явление взаимодействия электромагнитных волн с метаматериалами найдёт применение в оптике.

Сотрудничество с вузом при создании работы

НИТУ МИСиС