Металодіелектричні нанокомнозитні структури з заданими оптично селективними властивостями

Автор(и)

  • Юрій Іванович Якименко Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського", Україна https://orcid.org/0000-0002-8129-8616
  • Олександр Вікторович Мачулянський Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського", Україна http://orcid.org/0000-0003-0057-9844
  • Б. Б. Бабич Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського", Україна https://orcid.org/0000-0003-0025-3174
  • В. В. Гетманчук Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського", Україна https://orcid.org/0000-0002-1894-4005

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347022120044

Ключові слова:

спектрально селективні елементи, комплексна діелектрична проникність, композитні структури, нанорозмірні шари, числове моделювання, апроксимаційна модель

Анотація

В роботі розглянуто спектрально-селективні елементи з заданими оптичними характеристиками на основі металодіелектричних композитних структур. Показано можливість регулювати спектральну селективність таких структур за рахунок зміни структурних параметрів нанорозмірних компонентів та врахування особливостей їх електромагнітних властивостей. Розглянуто результати електронно-мікроскопічних та спектрофотометричних досліджень експериментальних зразків нанорозмірних плівок срібла. Визначено експериментальні значення електромагнітних параметрів нанорозмірних шарів металу. Встановлено особливості їх спектральних залежностей. Проведено порівняльний аналіз спектральних залежностей комплексних діелектричних проникностей нанорозмірних плівок срібла з відповідними їм залежностями, характерними для макроскопічного об’єму металу. В роботі розглянуто модель відгуку наноструктурної композитної системи на електромагнітний вплив. Математична модель ґрунтується на наближенні ефективного середовища та застосуванні феноменологічної теорії електромагнітних властивостей шаруватої плівкової структури. Визначено значення ефективної комплексної діелектричної проникності наноструктурних композитів з діелектричною компонентою на основі діоксиду кремнію та нанорозмірними включеннями хрому з врахуванням експериментальних значень електромагнітних параметрів нанорозмірних компонент. Встановлено апроксимаційні спектральні залежності електромагнітних параметрів комплексної дiелектричної проникностi для композитів Cr/SiO2, які використано для моделювання та дослідження впливу нанокомпозитних шарів на спектральні характеристики оптично селективних елементів.

Посилання

Д. Д. Татарчук, Ю. М. Поплавко, В. А. Казмиренко, А. В. Борисов, Ю. В. Диденко, “Композиты на основе диэлектриков в технике СВЧ,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 59, no. 2, p. 33, 2016, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347016020047.

Z. Chi et al., “MXene/epoxy-based shape memory nanocomposites with highly stable thermal-mechanical coupling effect for constructing an effective information transmission medium,” Compos. Sci. Technol., vol. 225, p. 109505, 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2022.109505.

X. Zhu, J. Liu, W. Zhao, W. Yu, X. Liu, “Design of phase change composite with hierarchical energy-transfer pathway via laser-induced graphene for efficient energy storage, conversion, and utilization,” Chem. Eng. J., vol. 460, p. 141882, 2023, doi: https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.141882.

C. Pahwa, S. B. Narang, P. Sharma, “Composition dependent magnetic and microwave properties of exchange-coupled hard/soft nanocomposite ferrite,” J. Alloy. Compd., vol. 815, p. 152391, 2020, doi: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.152391.

Т. В. Подгурская, А. А. Трубин, “Двухполосный фильтр на прямоугольных диэлектрических резонаторах,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 58, no. 4, pp. 41–49, 2015, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347015040056.

B. Babych, A. Borisova, A. Machulyansky, V. Machulyansky, M. Rodionov, Y. Yakimenko, “Film coatings that are transparent in the visible spectral region with shielding properties in the microwave range,” in 2017 IEEE 37th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), 2017, pp. 52–56, doi: https://doi.org/10.1109/ELNANO.2017.7939715.

P. Johnson, R. Christy, “Optical constants of transition metals: Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, and Pd,” Phys. Rev. B, vol. 9, no. 12, pp. 5056–5070, 1974, doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.9.5056.

A. Borisova, B. Babych, A. Machulyansky, V. Verbitsky, Y. Yakimenko, “Dimensional dependencies of optical parameters of nanodimensional metal particles,” in 2016 IEEE 36th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), 2016, pp. 140–143, doi: https://doi.org/10.1109/ELNANO.2016.7493032.

T. Sathish, “Experimental investigation on degradation of heat transfer properties of a black chromium-coated aluminium surface solar collector tube,” Int. J. Ambient Energy, vol. 41, no. 7, pp. 754–758, 2020, doi: https://doi.org/10.1080/01430750.2018.1492456.

F. Černý, J. Pitter, S. Konvičková, V. Jech, “High temperature oxidation protective chromium-based coatings prepared by IBAD and PACVD methods,” Surf. Coatings Technol., vol. 203, no. 17–18, pp. 2566–2570, 2009, doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2009.02.049.

Y. Li et al., “Improved thermal stability and irradiation tolerance of oxide dispersion strengthened chromium coatings,” J. Nucl. Mater., vol. 577, p. 154328, 2023, doi: https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2023.154328.

А. С. Чернов, И. П. Голубева, В. А. Казмиренко, Ю. В. Прокопенко, “Комплексная диэлектрическая проницаемость и характеристическое сопротивление перестраиваемой копланарной линии,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 63, no. 6, pp. 331–342, 2020, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347020060011.

K. Golden, “Bounds on the complex permittivity of a multicomponent material,” J. Mech. Phys. Solids, vol. 34, no. 4, pp. 333–358, 1986, doi: https://doi.org/10.1016/0022-5096(86)90007-4.

О. Мачулянский, “Наноструктуры металло-электрических систем с прогнозируемыми электромеханическими характеристиками,” Киев, 2020.

A. Barman, J. Sinha, Spin Dynamics and Damping in Ferromagnetic Thin Films and Nanostructures. Cham: Springer International Publishing, 2018, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-66296-1.

F. Abelès, “Optical properties of metallic films,” in Physics of Thin Films, New York: Academic, 2013, pp. 151–204.

Z. Zhou, J. Xin, X. Zhang, Y. Wang, Y. Song, “Electromagnetic modes in different topology regimes modulated by layer thickness of metal–dielectric multilayered structures based on exact transfer-matrix method,” Opt. Commun., vol. 423, pp. 145–151, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.optcom.2018.03.078.

B. Babych et al., “Investigation of the structure and optical properties of thin copper films,” in 2018 IEEE 38th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), 2018, pp. 69–73, doi: https://doi.org/10.1109/ELNANO.2018.8477448.

A. Wei, X. Zhao, J. Liu, Y. Zhao, “Investigation on the structure and optical properties of chemically deposited ZnSe nanocrystalline thin films,” Phys. B Condens. Matter, vol. 410, pp. 120–125, 2013, doi: https://doi.org/10.1016/j.physb.2012.10.031.

P. B. Johnson, R. W. Christy, “Optical constants of the Noble metals,” Phys. Rev. B, vol. 6, no. 12, pp. 4370–4379, 1972, doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.6.4370.

M. ElKabbash et al., “Fano-resonant ultrathin film optical coatings,” Nat. Nanotechnol., vol. 16, no. 4, pp. 440–446, 2021, doi: https://doi.org/10.1038/s41565-020-00841-9.

Електронно-мікроскопічний знімок зразка нанорозмірної плівки срібла з ваговою товщиною 12 нм на скляній підкладці

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-07-28 — Оновлено 2022-11-26

Як цитувати

Якименко, Ю. І., Мачулянський, О. В., Бабич, Б. Б., & Гетманчук, В. В. (2022). Металодіелектричні нанокомнозитні структури з заданими оптично селективними властивостями. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 65(11), 688–699. https://doi.org/10.20535/S0021347022120044

Номер

Том 65 № 11 (2022): Наноелектроніка

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.