УДК 537.874; 537.624

ДИНАМИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ НАНОГРАНУЛИРОВАННЫХ ПЛЕНОК «МЕТАЛЛ-ДИЭЛЕКТРИК» В ДИАПАЗОНЕ СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ

 

И. В. Антонец ¹, Л. Н. Котов ¹, Е. А. Голубев ², В. Г. Шавров ³, В. И. Щеглов ³

¹ Сыктывкарский государственный университет имени Питирима  Сорокина, 167001, Сыктывкар, Октябрьский пр-т, 55

 ² Институт геологии Коми НЦ Уро РАН, 167982, Сыктывкар, ул. Первомайская, 54

³ Институт радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова РАН, 125009, Москва, ул. Моховая, 11-7

 

Статья поступила в редакцию 17 апреля 2018 г.

 

Аннотация. Рассмотрена динамическая проводимость наногранулированных пленок «металл-диэлектрик», измеряемая по коэффициенту отражения электромагнитной волны СВЧ диапазона от пленки. Отмечен факт значительного (на несколько порядков) превышения динамической проводимости над статической, измеренной на постоянном токе. В качестве физического механизма, лежащего в основе формирования динамической проводимости, принята модель внутригранулярных токов. Пленка представлена в виде планарного слоя, имеющего симметрию квадратной решетки, в узлах которой находятся кубические хорошо проводящие гранулы, отделенные друг от друга диэлектрическими промежутками. Падающая на пленку первичная электромагнитная волна создает отраженную и проходящую волны, которые являются вторичными. Для представления токов внутри гранул рассмотрены две модели: замкнутой и разомкнутой цепи. В соответствии с обеими моделями определено магнитное поле вторичной волны для случая бесконечно протяженной пленки по обеим координатам в ее плоскости. На основе полученного магнитного поля определен коэффициент отражения первичной волны от пленки. Для каждой модели получены  формулы, определяющие удельную проводимость материала гранул через коэффициент отражения. Показано, что при малом размере промежутков по сравнению с размером гранул обе модели дают близкие результаты. Отмечено, что модель замкнутой цепи применима только в случае, когда размер промежутков значительно меньше размера гранул. Показано, что модель разомкнутой цепи сохраняет применимость при любом соотношении размеров гранул и промежутков. Приведены рекомендации для проведения экспериментов, на основе которых можно сделать достаточно корректный выбор между условиями применимости моделей замкнутой и разомкнутой цепи.

Ключевые слова: тонкие пленки, метаматериалы, нанокомпозит металл-диэлектрик, отражение электромагнитных волн, динамическая проводимость.

Abstract.  The dynamic conductivity of nanogranulated “metal-dielectric” films is investigated. This conductivity is determined from the electromagnetic microwave coefficient of reflection. It is paid attention to the fact of large (to several orders) excess of dynamic conductivity above static conductivity which is determined on the direct current. As s way of physical mechanism which is the foundation of dynamic conductivity it is established the inside-granulated currents model. The film is presented as a plane slide having configuration in the form of  square symmetry lattice. In the junctions of these lattice lines there are cubic granules having good conductivity. There granules are separated by dielectric gaps. The first electromagnetic wave following on the film creates reflecting and passing waves which are the second waves. For the interpretation of currents which are excited inside of granule it is proposed two models: closed and opened electric circuit. In connection with both models it is found the magnetic field of second wave for the case of infinite length film in both its coordinates in plane. On the basis of determined magnetic field it is found the reflection coefficient for primary wave from the film. For each of these models it is found the formulas which determine the specific conductivity of granule material through the reflection coefficient. It is shown that in the case of small size of gaps and large size of granules both models bring the same results. It is established that closed circuit model is applicable only in the case when gaps sixes are more less then granules sizes. It is established that open circuit model is applicable by arbitrary correlation between gaps and granules dimensions. It is made some recommendations for the experiments which may be the criterion of enough correct election between both models application.

Key words:  thin films, metamaterials, nanocomposit metal-dielectric, electromagnetic wave reflection, dynamic conductivity.

 

Для цитирования:

И. В. Антонец, Л. Н. Котов, Е. А. Голубев, В. Г. Шавров, В. И. Щеглов. Динамическая проводимость наногранулированных пленок «металл-диэлектрик» в диапазоне сверхвысоких частот. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2018. № 5. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/may18/2/text.pdf

DOI 10.30898/1684-1719.2018.5.2