Ученые ЛЭТИ синтезировали новые композитные материалы для СВЧ-электроники будущего

СПбГЭТУ «ЛЭТИ» – 18 апреля 2022

Полученные композитные материалы на основе силикатного стекла (KFeSi) и титаната бария (BaTiO3), благодаря своим физическим свойствам могут стать основой для компонентной базы новых систем связи, действующих в СВЧ-диапазоне.

Профессор кафедры физической электроники и и технологии СПбГЭТУ "ЛЭТИ" Андрей Тумаркин

С конца XIX века, благодаря новаторским открытиям ученых в сфере телекоммуникаций (передача информации с помощью электромагнитных сигналов), в том числе выдающегося российского исследователя, создателя радио и первого выборного директора СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Александра Степановича Попова, началось развитие беспроводной связи. С тех пор количество переданной таким образом информации во всем мире постоянно возрастает.

Сегодня наиболее распространенные системы радиосвязи, радиовещания, навигации и спутниковой связи действуют на частотах, не превышающих несколько ГГц. Однако, необходимость увеличения объема передаваемой информации заставляет ученых искать пути для перехода на более сверхвысокие частоты (СВЧ). Такой переход требует поиска новых материалов и создания новой компонентной базы для производства электроники будущего.

«Мы получили композитный материал, перспективный для создания новых устройств СВЧ-электроники. В его состав входит силикатное стекло (KFeSi) и классический сегнетоэлектрик – титанат бария (BaTiO3). Смешивая данные материалы в различных пропорциях, можно синтезировать композит с заданными электрическими свойствами – диэлектрической проницаемостью и потерями. Помимо этого, свойства сегнетоэлектрика позволяют управлять проницаемостью композита, например, внешним электромагнитным полем», –
рассказывает профессор кафедры физической электроники и технологии СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Андрей Вилевич Тумаркин.

Синтез и исследование композитных материалов проводились коллективом, состоящим из ученых Института химии силикатов РАН и СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Порошки титаната бария и силикатного стекла смешивались в разных соотношениях, прессовались и подвергались высокотемпературной обработке на воздухе и в кислороде. После этого проводились исследования структурных свойств полученных композитов и их электрических характеристик на сверхвысоких частотах, а также моделирование отклика данных материалов на внешние воздействия.

Исследование свойств композитов показало, что они обладают высокой управляемостью (зависимостью проницаемости от внешнего поля) и низким уровнем диэлектрических потерь – эти показатели являются важными для эффективной работы СВЧ устройств на их основе. Причем оказалось, что отжиг материалов в кислородосодержащей среде приводит к существенному росту управляемости и уменьшению диэлектрических потерь.

«Полученные композиты могут служить основой для разработки метаматериалов – искусственно созданных структур, обладающих электромагнитными свойствами, не встречающимися в природе. В будущем на основе таких материалов могут быть реализованы эффективные устройства, работающие в диапазоне СВЧ, например, конденсаторы с переменной емкостью, фазовращатели, управляемые фильтры, фазированные антенные решетки, – Профессор кафедры физической электроники и технологии СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Андрей Вилевич Тумаркин.

Проект поддержан грантом Российского фонда фундаментальных исследований. Результаты работы опубликованы в научном журнале Composite Structures.