ESPAÑOL
PALABRAS CLAVE DEL PROYECTO COORDINADO: Medios complejos, metamateriales quirales, caracterización, ferritas, métodos numéricos, método de modos acopladdos, FDTD
El continuo avance en Tecnologías de la Información y de las Comunicaciones requiere dispositivos que presenten nuevas características o que mejoren las de los ya existentes. La tendencia actual es desarrollar dispositivos con nuevos materiales artificiales, los llamados “medios complejos” o “metamateriales”, diseñados para obtener propiedades electromagnéticas no observadas en la naturaleza o acentuar las propias de cada uno de los elementos constituyentes.
En los últimos años, los grupos de investigación solicitantes de este proyecto han sido parte activa en el esfuerzo que viene realizando la comunidad científica internacional al estudiar, modelar y fabricar nuevos materiales a partir de diferentes geometrías. Se ha comprobado que el uso de estructuras con simetría quiral y/o la adecuada disposición de sucesivas capas de estructuras aquirales permite fabricar medios activos electromagnéticamente, que presentan un comportamiento isotrópico y recíproco a frecuencias de microondas. La estructura periódica potencia los efectos electromagnéticos asociados a la quiralidad, produciendo valores muy altos de ángulo de rotación del plano de polarización, cambios en la polarización de una señal y, para bandas estrechas de frecuencia, un índice de refracción negativo.
Desde el punto de vista experimental, en este proyecto se pretende diseñar, caracterizar y optimizar estructuras metamateriales formadas por redes de elementos con simetría quiral y aquiral, en medio libre, utilizando tecnología de circuito impreso. Los nuevos materiales serán de menores dimensiones, buscando lograr un mayor ancho de banda y control de la polarización. Para ello se valorarán nuevas disposiciones geométricas (honeycombs, diseños complementarios, estructuras fractales) y/o la inclusión de materiales no conductores (dieléctricos de alta permitividad, magnéticos, ferritas, grafeno, etc.), desarrollando modelos fenomenológicos/circuitales que expliquen su respuesta electromagnética.
Desde la óptica del modelado numérico, se pretende abarcar una amplia variedad de problemas: de propagación y/o de radiación; orientados al cálculo de autovalores (diagramas de dispersión, frecuencias de resonancia,...), o al cálculo de parámetros de scattering. Para ello se desarrollarán y mejorarán herramientas numéricas para la simulación de estructuras electromagnéticas conteniendo medios complejos con aplicación a problemas de alta frecuencia, desde los GHz hasta los THz, considerando tanto métodos formulados en el dominio de la frecuencia (método de modos acoplados) como en el dominio de tiempo (diferencias finitas en el dominio del tiempo).
El objetivo final del proyecto es emplear los conocimientos adquiridos, los materiales desarrollados y la infraestructura disponible en aplicaciones básicas en el campo de las comunicaciones y sistemas de detección de alta frecuencia: mejora de las propiedades de sistemas radiantes, control de polarización, separación de bandas de frecuencia, diseño de filtros y dispositivos de generación de condiciones de contorno (superficies de alta impedancia, paredes magnéticas). En esta línea se cuenta con el soporte de varias empresas (AURORA Software And Testing S.L., Graphenano S.L., SAES, TTInorte, ARGOS IDI S.L., LIGHTTRANS GMBH), que proporcionarán apoyo técnico y que seguirán con gran interés los desarrollos que se obtengan para su aplicación en dispositivos de microondas.
INGLES
KEY WORDS OF THE COORDINATED PROJECT: Complex media, chiral metamaterials, experimental characterization, ferrites, numerical methods, MMA, FDTD
The continued development in the field of the Information and Communications Technology requires devices to be able to perform new features or to improve the existing ones. The trend is to develop new artificial materials, the so-called “complex media” or “metamaterials”. These media are engineered to achieve extraordinary phenomena not observed in natural materials or to enhance the properties of the constituting elements.
During the last years, the research groups applying for this project have been an active part in the effort developed by the scientific community to study, analyze and model new complex media with different kind of geometries. It has been shown how the use of structures with chiral symmetry and/or achiral structures appropriately stacked in layers enables the obtaining of electromagnetically active media, with a reciprocal isotropic behavior at microwave frequencies. The periodic structure enhances electromagnetic effects associated with chirality, leading to very high values of rotation angle, changes in the polarity of a signal and, for narrow bandwidth, negative refractive index.
From an experimental point of view, in this project we intend to analyze, characterize and optimize compact structures formed by networks of chiral or achiral elements using printed circuit board technology in free medium. New materials should be smaller, and should achieve a higher bandwidth and polarization control. To do this, new geometrical arrangements (honeycombs, complementary designs, etc) and/or the inclusion of nonconductor materials (high permittivity dielectrics, magnetic, ferrites, graphene, etc.) will be considered, developing phenomenological/circuital models to explain the electromagnetic response of those structures.
From the perspective of numerical modeling it is attempted to cover a very wide sort of problems: propagation and/or radiation; linked to eigenvalues calculations (dispersion diagrams, resonance frequencies) or scattering parameters extraction. For that purpose, numerical tools for simulating electromagnetic structures containing complex media for applications to high frequency problems, ranging from GHz to THz, will be developed and enhanced, taking into account both frequency domain (Coupled Mode Method) and time domain (Finite-Difference Time-Domain) methods.
The ultimate goal of this Project is to apply the acquired knowledge, the developed materials and the available facilities in basic application in the field of ICT and high frequency detection systems: enhancing the features in radiant systems, polarization control, separation of frequency bands, design of filters and devices used to create boundary conditions (high impedance surfaces, magnetic walls). In this line, we are supported by several companies (AURORA Software And Testing SL, Graphenano SL, SAES, TTInorte, ARGOS IDI SL, LIGHTTRANS GMBH), that will provide technical support and follow with great interest the obtained developments for application in microwave devices.
