Квітка Н. М. Поширення електромагнітних збуджень у шаруватих надпровідниках, кероване статичним магнітним полем

Мета роботи – дослідити аналітично транспорт терагерцових електромагнітних хвиль через пластину шаруватого надпровідника та визначити можливості його налаштування з використанням статичного магнітного поля. Об’єкт досліджень – транспорт терагерцових плоских хвиль і терагерцових хвильових пучків гауссового профілю в пластині шаруватого надпровідника. Теоретичні та практичні результати. Показано, що в геометрії, коли шари шаруватого надпровідника паралельні границі розділу між вакуумом (з обох боків) і пластиною, порушення електронейтральності може викликати появу аномальної дисперсії локалізованих хвиль в області частот, близьких до джозефсонівської плазмової частоти. Також виявлено інші наслідки цього ефекту, такі як поява додаткової забороненої зони поблизу цієї частоти й те, що для деяких параметрів спостерігається виродження спектра. Показано, що закон дисперсії для локалізованих хвиль у пластині шаруватого надпровідника у випадку, коли шари перпендикулярні поверхням, є чутливим до зовнішнього статичного магнітного поля. Показано, що в Отто-геометрії, коли зразок шаруватого надпровідника знаходиться в діелектричному середовищі та відокремлений від нього тонкими просторовими проміжками вакууму, зміна статичного магнітного поля дозволяє отримати різні типи резонансних залежностей коефіцієнта пропускання від кута падіння, що відрізняються кількістю піків і їхньою шириною. Показано, як статичне поле може використовуватись для налаштування прозорості зразка та потребує на два порядки меншої відносної точності при встановленні, ніж у випадку керування за допомогою зміни частоти. Отримано вирази для фокусної відстані та мінімального радіуса гаусового пучка, що фокусується пластиною шаруватого надпровідника, які залежать від статичного магнітного поля. Показано, що зміна величини поля дозволяє налаштовувати ці величини в широкому діапазоні значень, а також переводити пластину між режимами фокусування та розфокусування. Новизна наукових результатів. Вперше знайдено закон дисперсії локалізованих хвиль у пластині шаруватого надпровідника скінченної товщини в різних геометріях з урахуванням ефекту порушення електронейтральності шарів надпровідника та з урахуванням наявності зовнішнього статичного магнітного поля. Вперше модифіковано трансфер-матричний метод для опису поширення нелінійних електромагнітних хвиль у пластині шаруватого надпровідника, що знаходиться в зовнішньому постійному магнітному полі, та вперше знайдено специфічні матриці, які відповідають за взаємодію джозефсонівських плазмових хвиль із зовнішнім магнітним полем. Вперше теоретично досліджено вплив статичного магнітного поля на резонансну прозорість тонкого зразка шаруватого надпровідника для ТГц хвиль, коли зразок знаходиться в діелектричному середовищі та відокремлений від нього тонкими просторовими проміжками вакууму. Вперше теоретично досліджено вплив статичного магнітного поля на фокусування лазерного пучка гауссового профілю пластиною шаруватого надпровідника. Методи досліджень. Для отримання результатів використовувалися добре перевірені та загально прийняті методи теоретичної фізики, методи числових розрахунків і наближені методи асимптотичного аналізу. Поля в шаруватому надпровіднику аналізувалися за допомогою розв'язання зв'язаних синусоїдальних рівнянь Гордона. Проходження хвиль через багатошарову систему досліджувалося за допомогою методу трансфер-матриць. Порівняння результатів отриманих аналітичних виразів з числовими розрахунками слугувало додатковою верифікацією застосованих підходів. Ступінь упровадження. Результати дисертаційної роботи розширюють наявні фундаментальні теоретичні уявлення про особливості поширення ТГц електромагнітних хвиль у високотемпературних надпровідниках шаруватої структури. На основі цих результатів можливо створити нові прилади, що працюють у характерному для шаруватих високотемпературних надпровідників ТГц діапазоні частот, зокрема фільтри, змішувачі, підсилювачі. Сфера використання. Сфера можливих застосувань таких приладів є дуже широкою: від медичної діагностики до астрономічних спостережень. Досліджена можливість використання статичного магнітного поля для налаштування параметрів шаруватого надпровідника дозволяє запропонувати це як ефективний метод керування роботою таких приладів в експериментальних установках.