vestnovsuВестник Новгородского государственного университетаVestnik of Novgorod State University2076-8052Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого10.34680/2076-8052.2022.3(128).102-107vestnovsu-105Research ArticleРадиофизикаRadiophysicsПрименение магнитоэлектрических градиентных структурApplication of magnetoelectric gradient structuresНикитинА. О.NikitinA. O.allnikotin@gmail.comКиселевВ. А.KiselevV. A.МисилинВ. А.MisilinV. A.ПетровР. В.PetrovR. V.Новгородский государственный университет имени Ярослава МудрогоRussian Federation20222009202303(128)102107Copyright © Никитин А.О., Киселев В.А., Мисилин В.А., Петров Р.В., 20232023Никитин А.О., Киселев В.А., Мисилин В.А., Петров Р.В.Nikitin A.O., Kiselev V.A., Misilin V.A., Petrov R.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnovsu.elpub.ru/jour/article/view/105

Изложены основные принципы применения слоистых структур нового типа, магнитоэлектрических градиентных структур при проектировании электронно-управляемых сверхвысокочастотных устройств. Показано, что магнитоэлектрические градиентные структуры представляют собой сложные композиты, в состав которых входят композитные материалы — слоистый мультиферроик и искусственный диэлектрик. На основе построенной ранее математической модели методом численного моделирования получены спектры собственных волн, распространяющихся в магнитоэлектрической градиентной структуре, при разных значениях прикладываемого внешнего электрического поля и относительной диэлектрической проницаемости слоя искусственного диэлектрика. Установлен взаимопротивоположный характер влияния этих факторов на дисперсионные характеристики, что закладывает основу для разработки принципов проектирования новых сверхвысокочастотных устройств на основе представленного в исследовании слоистого композитного материала.

The paper outlines the basic principles of applying layered structures of a new type, magnetoelectric gradient structures, in the design of electronically controlled microwave devices. It is shown that magnetoelectric gradient structures are complex composites that consist of composite materials including a layered multiferroic and an artificial dielectric. On the basis of a previously constructed mathematical model by numerical simulation, the spectra of natural waves propagating in a magnetoelectric gradient structure have been obtained at different values of the applied external electric field and the relative permittivity of the artificial dielectric layer. The mutually contradictory nature of the influence of these factors on dispersion characteristics has been established, which lays the foundation for the development of design principles for new ultra-high-frequency devices, based on the layered composite material presented in the study.

спектр собственных волнкомпозитные структурымагнитоэлектрические мультиферроидные структурыискусственный диэлектрикуправляемые сверхвысокочастотные устройстваeigenwave spectrumcomposite structuresmagnetoelectric multiferroic structuresartificial dielectriccontrolled microwave devicesИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда №22-29-00085, https://rscf.ru/project/22-29-00085/.ReferencesNikitin A.O., Petrov R.V. Magnetoelectric gradient structures // Phys.: Conf. Ser. 2021. Vol.2052. Article number: 012029. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/2052/1/012029Nikitin A.O., Petrov R.V. Magnetoelectric gradient structures. Phys.: Conf. Ser., 2021, vol. 2052, art. no. 012029, pp. 1–9. doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/2052/1/012029Nikitin A.O., Petrov R.V., Havanova M.A. Control of magnetoelectric antenna by electric field // CriMiCo'2019. ITM Web of Conferences 2019. Vol.30(1). Article number: 05028. DOI: https://doi.org/10.1051/itmconf/20193005028Nikitin A.O., Petrov R.V., Havanova M.A. Control of magnetoelectric antenna by electric field. CriMiCo'2019, ITM Web of Conferences, 2019, vol. 30(1), art. no. 05028, pp. 1–9. doi: https://doi.org/10.1051/itmconf/20193005028Nan C.-W., Bichurin M.I., Dong S. et al. Multiferroic magnetoelectric composites: historical perspective, status, and future directions // J. of Appl. Phys. 2008. Vol.103(3). Article number: 031101. DOI: https://doi.org/10.1063/1.2836410Nan C.-W., Bichurin M.I., Dong S., Viehland D., Srinivasan G. Multiferroic magnetoelectric composites: historical perspective, status, and future directions. J. of Appl. Phys., 2008, vol. 103(3), art. no. 031101, pp. 1–35. doi: https://doi.org/10.1063/1.2836410Bichurin M., Petrov V., Petrov R., Tatarenko A. Magnetoelectric Composites. Singapore: Pan Standford Publ., 2019. 280 p.Bichurin M.I., Petrov V.M., Petrov R.V., Tatarenko A.S. Magnetoelectric composites. Singapore, Pan Standford Publ., 2019. 280 p.Demidov V.E., Kalinikos B.A. The spectrum of dipoleexchange spin waves in tangentially-magnetized metalferroelectric-ferromagnet-ferroelectric-metal sandwich structures // Tech. Phys. Let. 2000. Vol.26. P.273–275. DOI: https://doi.org/10.1134/1.1262815Demidov V.E., Kalinikos B.A. The spectrum of dipoleexchange spin waves in tangentially-magnetized metalferroelectric-ferromagnet-ferroelectric-metal sandwich structures. Tech. Phys. Let., 2000, vol. 26, pp. 273–275. doi: https://doi.org/10.1134/1.1262815Demidov V.E., Kalinikos B.A. Spectra of exchange dipole electromagnetic-spin waves in asymmetric metal-insulatorferromagnetic-insulator-metal systems // Tech. Phys. 2001. Vol.46(2). P.219–222. DOI: https://doi.org/10.1134/1.1349280Demidov V.E., Kalinikos B.A. Spectra of exchange dipole electromagnetic-spin waves in asymmetric metal-insulatorferromagnetic-insulator-metal systems. Tech. Phys., 2001, vol. 46(2), pp. 219–222. doi: https://doi.org/10.1134/1.1349280Nikitin A.A., Ustinov A.B., Semenov A.A., Kalinikos B.A. A microwave phase shifter based on a planar ferrite-ferroelectric thin-film structure // Tech. Phys. Let. 2014. Vol.40. P.277–279. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063785014040087Nikitin A.A., Ustinov A.B., Semenov A.A., Kalinikos B.A. A microwave phase shifter based on a planar ferriteferroelectric thin-film structure. Tech. Phys. Let., 2014, vol. 40, pp.277–279. doi: https://doi.org/10.1134/S1063785014040087Ustinov A.B., Tiberkevich V.S., Srinivasan G. et al. Electric field tunable ferrite-ferroelectric hybrid wave microwave resonators:4Experiment and theory // J. Appl. Phys. 2006. Vol.100. Article number: 093905. DOI: https://doi.org/10.1063/1.2372575Ustinov A.B., Tiberkevich V.S., Srinivasan G., et al. Electric field tunable ferrite-ferroelectric hybrid wave microwave resonators: Experiment and theory. J. Appl. Phys., 2006, vol. 100, art. no. 093905, pp. 1–6. doi: https://doi.org/10.1063/1.2372575Petrov R.V., Tatarenko A.S., Srinivasan G., Mantese J.V. Antenna miniaturization with ferrite-ferroelectric composites // Mic. Opt. Tech. Lett. 2008. Vol.50. P.3155–3157. DOI: https://doi.org/10.1002/mop.23939Petrov R.V., Tatarenko A.S., Srinivasan G., Mantese J.V. Antenna miniaturization with ferrite-ferroelectric composites. Mic. Opt. Tech. Lett., 2008, vol. 50, pp. 3155–3157. doi: https://doi.org/10.1002/mop.23939Бичурин М.И., Петров Р.В., Воробьев Ю.Д, Килиба Ю.В. Полосовой перестраиваемый магнитоэлектрический СВЧ-фильтр // Сб. докл. Междунар. форума по проблемам науки, техники и образования. М.: МИИГАИК, 1997. С.234–238.Bichurin M.I., Petrov R.V., Vorobyev Yu.D., Kiliba Yu.V. Polosovoy perestraivayemyy magnitoelektricheskiy SVCH fil'tr [Bandpass tunable magnetoelectric microwave filter]. Sb. dokl. Mezhdunar. foruma po problemam nauki, tekhniki i obrazovaniya [Proc. of the International Forum on Problems of Science, Technology and Education]. Moscow, 1997, pp. 234–238.Tatarenko A.S., Srinivasan G., Filippov D.A. Magnetoelectric microwave attenuator // Electronics Lett. 2007. Vol.43(12). P.674-675. DOI: https://doi.org/10.1049/el:20070949Tatarenko A.S., Srinivasan G., Filippov D.A. Magnetoelectric microwave attenuator. Electronics Lett., 2007, vol. 43(12), pp. 674–675. doi: https://doi.org/10.1049/el:20070949Bichurin M.I., Petrov R.V. Magnetoelectric phasers for PAS // Proceedings of the 2nd International conference and exhibition on satellite communications (ICSC’96). Moscow, 1996. P.172–176. DOI: https://doi.org/10.1109/ICSC.1996.864274Bichurin M.I., Petrov R.V. Magnetoelectric Phasers for PAS. Proc. of the 2nd International Conference and Exhibition on Satellite Communications (ICSC’96). Moscow, 1996, pp. 172–178. doi: https://doi.org/10.1109/ICSC.1996.864274Бичурин М.И., Петров Р.В., Соловьёв И.Н. и др. Исследование магнитоэлектрического СВЧ гиратора [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и образования. 2012. №2. URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=5370 (дата обращения: 12.05.2022).Bichurin M.I., Petrov R.V., Solov'jov I.N., Solov'jov A.N., Kovalenko D.V. Issledovanie magnitojelektricheskogo SVCh giratora [Research of a magnetoelectric microwave gyrator]. Sovremennyye problemy nauki i obrazovaniya — Modern problems of science and education, 2012. no. 2. Available at: https://science-education.ru/ru/article/view?id=5370 (accessed: 12.05.2022).Казанский В.Б., Туз В.Р., Хардиков В.В. Электродинамическая теория композитных сред: монография. Харьков: ХНУ им. В.Н.Каразина, 2015. 220 с.Kazanskij V.B., Tuz V.R., Hardikov Jelektrodinamicheskaja teorija kompozitnyh sred: monografija [Electrodynamic theory of composite media: monograph]. Kharkiv, V. N. Karazin Kharkiv National University Publ., 2015. 220 p.Zhang Y., Aratani Y., Nakazima H. A microwave freespace method using artificial lens with anti-reflection layer // Sens. Imaging. 2017. Vol.18(17). P.1–12. DOI: https://doi.org/10.1007/s11220-017-0166-7Zhang Y., Aratani Y., Nakazima H. A microwave freespace method using artificial lens with anti-reflection layer. Sens. Imaging, 2017, vol. 18(17), pp. 1–12. doi: https://doi.org/10.1007/s11220-017-0166-7Awai I. Artificial dielectric resonators for miniaturized filters // IEEE Microwave Magazine. 2008. Vol.9(5). P.55–64. DOI: https://doi.org/10.1109/MMM.2008.927709Awai I. Artificial dielectric resonators for miniaturized filters. IEEE Microwave Magazine, 2008, vol. 9(5), pp. 55–64. doi: https://doi.org/10.1109/MMM.2008.927709Zhang Y., Imahori T., Fujita Y. Artificial material for patch antenna gain enhancement and its application in microwave free-space method // Int. Conf. on Electromagnetic in Advanced Applications. 2019. P.203. DOI: https://doi.org/10.1109/ICEAA.2019.8879209Zhang Y., Imahori T., Fujita Y. Artificial material for patch antenna gain enhancement and its application in microwave free-space method. Int. Conf. on Electromagnetic in Advanced Applications, 2019, p. 203. doi: https://doi.org/10.1109/ICEAA.2019.8879209Biber S., Richter J., Martius S., Schmidt L. Design of artificial dielectrics for ant-reflectioncoatings // 33 Eur. Microwave Conf. Proceedings. 2003. Vol.8024048. P.1115–1118.Biber S., Richter J., Martius S., Schmidt L. Design of artificial dielectrics for ant-reflectioncoatings. 33 Eur. Microwave Conf. Proceedings, 2003, vol. 8024048, pp. 1115–1118.Ang Ch., Yu Zh. DC electric-field dependence of the dielectric constant in polar dielectrics: Multipolarization mechanism model // Physical review B. 2004. Vol.69. Article number: 174109. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.69.174109Ang Ch., Yu Zh. DC electric-field dependence of the dielectric constant in polar dielectrics: Multipolarization mechanism model. Physical review B., 2004, vol. 69, art. no. 174109, pp. 1–8. doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.69.174109Vopson M.V. Fundamental of multiferroic materials and their possible application // J Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. 2015. Vol.40(4). P.223–250. DOI: https://doi.org/10.1080/10408436.2014.992584Vopson M.V. Fundamental of multiferroic materials and their possible application. Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, 2015, vol. 40(4), pp. 223–250. doi: https://doi.org/10.1080/10408436.2014.992584Локк Э.Г., Вашковский А.В. Диаграммы направленности излучения, возникающего в результате преобразования поверхностных магнитостатических волн в электромагнитные // Радиотехника и электроника. 1995. №7. С.1030–1037.Lokk E.G., Vashkovskii A.V. Diagrammy napravlennosti izluchenija, voznikajushhego v rezul'tate preobrazovanija poverhnostnyh magnitostaticheskih voln v jelektromagnitnye [Directional diagrams of radiation resulting from the transformation of surface magnetostatic waves into electromagnetic waves]. Radiotekhnika i elektronika, 1995, vol.7, pp. 1030–1037.Vashkovskij A.V., Lock E. H. On the parameters of patterns of radiation arising in the process of transformation of a magnetostatic surface wave into an electromagnetic wave // J. of Communication Technology and Electronics. 2004. Vol.49(8). P.904–909.Vashkovskii A.V., Lokk E.G. On the parameters of patterns of radiation arising in the process of transformation of a magnetostatic surface wave into an electromagnetic wave. J. of Communication Technology and Electronics, 2004, vol. 49(8), pp. 904–909.Vashkovskij A.V., Lock E.H. The mechanism of transformation of a magnetostatic surface wave into an electromagnetic wave // J. of Communication Technology and Electronics. 2009. Vol.54(4). P.456–467. DOI: https://doi.org/10.1134/S1064226909040111Vashkovskii A.V., Lokk E.G. The mechanism of transformation of a magnetostatic surface wave into an electromagnetic wave. J. of Communication Technology and Electronics, 2009, vol. 54(4), pp. 456–467. doi: https://doi.org/10.1134/S1064226909040111

The authors declare that there are no conflicts of interest present.