В Северо-Кавказском федеральном университете предложили способ улучшить работу СВЧ-устройств за счет нового композиционного материала. По словам ученых, это возможно в результате проведенных фундаментальных исследований взаимодействия сверхвысокочастотного излучения и магнитодиэлектрических эмульсий.

Все мы знаем из школьной программы, что СВЧ-излучение – это радиоволны, которые используются в самых разных областях: от микроволновых печей и Wi-Fi до сотовой связи и спутниковой навигации. В СВЧ-технике также имеются различные устройства, например, аттенюаторы, фазовращатели – и все они работают на твердых материалах. Физики СКФУ установили, что такими же свойствами по отношению к электромагнитным волнам обладают структурированные жидкие материалы, иначе говоря, эмульсии.

Руководитель исследования, кандидат физико-математических наук, старший преподаватель кафедры теоретической и математической физики СКФУ Сергей Туркин объяснил, что ключевым направлением работы стало влияние структурообразования в композиционных средах во внешних силовых полях на микроволновое излучение. И объектом исследования была выбрана магнитодиэлектрическая эмульсия.

Магнитодиэлектрическая эмульсия – это смесь из классической магнитной жидкости и немагнитного масла, которая в данном случае приводит к образованию магнитных капель в немагнитном носителе. Уникальной особенностью такого материала является изменение внутренней структуры в слабых магнитных полях, чего мы, собственно, и добиваемся, – отметил Сергей Туркин.

Разработчики подчеркнули, что важное отличие от классического твердого материала состоит в том, что жидкий аналог помимо намагничивания также существенно изменяет свою внутреннюю структуру в магнитном поле. Был проведен эксперимент с помощью волновода – прямоугольной трубы, по которой распространяется электромагнитная энергия. В ней разместили композит сообразно движению волны, после чего запустили внешний дополнительный источник магнитного поля. Фрагменты магнетиков приобрели в масле форму черных капель, которые в магнитных полях вытягиваются. На рисунке 1 можно увидеть, как выглядит новая структура. Именно она влияет на распространение волн.

Рис. 1. Фрагменты магнетиков в форме черных капель, вытягивающихся в магнитных полях

При вытяжении капли происходит еще и невзаимное фазовое явление, то есть волна распространяется вперед с одной скоростью, а назад – с другой. Мы столкнулись с аномальным изменением фазы по сравнению с твердым веществом, в нем она должна уменьшаться, а здесь – увеличивается. Эти эффекты можно сочетать в прикладных разработках, – прокомментировал Сергей Туркин.

Таким образом, возможное использование жидких магнитных композитов для конструирования СВЧ-устройств дает перспективу, чтобы улучшить сегодняшние технологии – сделать существующие системы связи и передачу сигналов более точными, а новые устройства – на уровень выше по всем характеристикам.

Отметим, что статья уже опубликована в высокорейтинговом журнале Journal of Microwave Power and Electromagnetic Energy. Исследовательская группа планирует продолжить работу над этим проектом, в том числе экспериментальные поиски новых интересных эффектов в микроволновой области.

Эксперты СКФУ убеждены, что это поможет инженерам в решении одной из основных задач микроволновой техники – создание новых типов волноводных линий, передающих электромагнитную энергию.