Περιγραφή

Αντικείμενο – Στόχοι

(α) η ανάπτυξη αριθμητικών μεθοδολογιών υψηλής ακρίβειας
(β) η εφαρμογή τους σε νέες δομές μεταϋλικών, πλασμονικών υλικών με γραφένιο και μικρο-ηλεκτρομηχανικών συστημάτων στην περιοχή των THz.

Η προτεινόμενη μέθοδος ανάλυσης βασίζεται σε σχήματα πεπερασμένων διαφορών στο πεδίο του χρόνου (finite-difference time-domain – FDTD), τα οποία είναι ιδιαίτερα δημοφιλή και εύκολα στην υλοποίησή τους. Η χαμηλής τάξης ακρίβεια των κλασικών υλοποιήσεων, όμως, περιορίζει την εφαρμογή τους σε προβλήματα μεγάλου ηλεκτρικού μεγέθους ή προσομοιώσεων μακράς διάρκειας. Προκειμένου να αρθούν οι δυσκολίες αυτές, προτείνεται η ανάπτυξη ανώτερης τάξης χωρικών/χρονικών τελεστών για την προσέγγιση των αντίστοιχων παραγώγων στις εξισώσεις Maxwell. Χωρίς αυξημένη πολυπλοκότητα, τα νέα βελτιστοποιημένα σχήματα ελαχιστοποιούν τα εγγενή σφάλματα αριθμητικής διασποράς και ανισοτροπίας, παρέχοντας υψηλή ακρίβεια και ασφαλή σύγκλιση. Επίσης, αναπτύσσονται τεχνικών άρσης των συνθηκών ευστάθειας με βάση τα σχήματα έμμεσης εναλλακτικής κατεύθυνσης (alternating-direction implicit – ADI) και τοπικά μονοδιάστατης (locally one-dimensional – LOD) χρονικής ανανέωσης. Πέραν των παραπάνω, οι νέες εξελιγμένες αριθμητικές τεχνικές παραλληλοποιούνται μέσω μονάδων επεξεργασίας γραφικών (graphics processing units – GPUs) με βάση το εύχρηστο περιβάλλον προγραμματισμού CUDA (compute unified device architecture). Η επιτάχυνση που επιτυγχάνεται κρίνεται καθοριστική για τις προσομοιώσεις.

Πρώτος Άξονας Έρευνας

Ο πρώτος άξονας εφαρμογών αφορά σε προηγμένα μεταϋλικά και τα διδιάστατα ισοδύναμά τους, τις μεταεπιφάνειες, με κύριο στόχο τη διατύπωση μιας γενικευμένης μεθοδολογίας για την ομογενοποίησή τους. Η τεχνική θα βασίζεται στην εξαγωγή μοντέλων επιφανειακής επιδεκτικότητας για τυχαίες μεταεπιφάνειες που ακτινοβολούνται από επίπεδα κύματα αυθαίρετης πόλωσης και γωνίας πρόσπτωσης. Ειδικότερα, υπολογίζεται ο πίνακας πολωσιμοτήτων των στοιχείων της μεταεπιφάνειας από τις παραμέτρους σκέδασης των προσπιπτόντων κυμάτων και κάθε σκεδαστής αντικαθίσταται από κατάλληλα ηλεκτρικά/μαγνητικά δίπολα μικρού ηλεκτρικού μεγέθους. Τα μεταϋλικά αυτά αναμένεται να χρησιμοποιηθούν σε απορροφητές υψηλής απόδοσης με πολύ λεπτό πάχος και μεγάλο εύρος ζώνης λειτουργίας. Παράλληλα, ιδιαίτερη έμφαση αποδίδεται στην ορθή ερμηνεία των φυσικών φαινομένων που διέπουν τις κυματικές αλληλεπιδράσεις στις διεπιφάνειες κενού-μεταϋλικών και οφείλονται στη διάδοση εκθετικά αποσβεννύμενων ρυθμών συντονισμού. Τέλος, αναλύεται η συσχέτιση διατάξεων μεταϋλικών με νανομαγνητικά πλασμονικά μέσα, τα οποία επιτρέπουν τη διάδοση πεδιακών ρυθμών στην επιφάνειά τους με μήκη κύματος πολύ μικρότερα των διαστάσεων του περιβάλλοντος χώρου.

Δεύτερος Άξονας Έρευνας

Ο δεύτερος ερευνητικός άξονας επικεντρώνεται στη μοντελοποίηση δομών με φύλλα γραφενίου. Για τη βέλτιστη σχεδίαση και τον αξιόπιστο χαρακτηρισμό των εξαρτημάτων αυτών, προτείνεται μια συχνοτικά εξαρτημένη αριθμητική μέθοδος στο πεδίο του χρόνου, η οποία χρησιμοποιεί μια τεχνική υποπλεγματοποίησης και διακριτοποιεί το γραφένιο μέσω μιας μιγαδικής ισοτροπικής χωρικής αγωγιμότητας. Έχοντας συγκροτήσει τα μοντέλα διακριτοποίησης, η ερευνητική δραστηριότητα προσανατολίζεται στους πλασμονικούς ρυθμούς γραφενίου και στην ποσοτική εκτίμηση της συμβολής τους στη σχεδίαση φωτονικών μεταϋλικών και νανοκεραιών. Συγκεκριμένα, το γραφένιο προτείνεται ως εναλλακτικό υπόστρωμα ανάπτυξης πλασμονίων – αντί των ευγενών μετάλλων – με πολύ μικρές απώλειες. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων αναμένεται να χρησιμοποιηθούν στην ελεγχόμενη εισαγωγή ισχυρών οπτικών μετώπων σε κβαντομηχανικό επίπεδο και την εξέταση νέων μηχανισμών ερμηνείας των πλασμονικών αλληλεπιδράσεων σε τάξεις μεγέθους νανοκλίμακας.
 

Τρίτος Άξονας Έρευνας

Ο τρίτος άξονας εφαρμογών αναφέρεται στη σχεδίαση καινοτόμων μικρο-ηλεκτρομηχανικών συστημάτων ραδιοσυχνοτήτων (radio-frequency micro-electromechanical systems – RF MEMS) με απολύτως ελεγχόμενη λειτουργία σε μεγάλο εύρος ζώνης συχνοτήτων. Αξιοποιούνται οι σημαντικές δυνατότητες των ηλεκτροθερμικών ενεργοποιητών για την ανάπτυξη διατάξεων σύλληψης μικροδομών και έλεγχο της απόκρισής τους μέσω ηλεκτρικών ρευμάτων. Εκτός από τις βασικές υλοποιήσεις, μελετώνται διεξοδικά οι δυνατότητες συνδυασμού με διπλο-αρνητικά μεταϋλικά, κυρίως στην περιοχή των THz. Με τον τρόπο αυτό καθίσταται δυνατή η κατασκευή ακτινοβολητών και κυματοδηγών με περισσότερους βαθμούς ελευθερίας από τα υπάρχοντα εξαρτήματα. Παράλληλα, θα μελετηθεί αριθμητικά η δυνατότητα βελτίωσης της απόδοσης των δικτύων πόλωσης των προτεινόμενων συστημάτων, αφού η συμβολή τους στην ορθή λειτουργία των εμπλεκόμενων μεταϋλικών κρίνεται καθοριστική. Τέλος, η καταλληλότητα των νέων δομών εξετάζεται με κριτήριο την πρόκληση ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών αλλά και τον βαθμό ατρωσίας τους σε ηλεκτρομαγνητικά επιβαρυμένα περιβάλλοντα.

Μεθοδολογία Υλοποίησης

Η μεθοδολογία υλοποίησης για την επίτευξη των στόχων της πρότασης είναι συνοπτικά η εξής:

• Ανάπτυξη εξελιγμένων υπολογιστικών τεχνικών: Θεωρητική θεμελίωση και υλοποίηση προηγμένων υπολογιστικών μεθόδων στο πεδίο του χρόνου με βέλτιστη ανώτερης τάξης ακρίβεια και σχήματα άρσης των συνθηκών ευστάθειας.

  Επιμέρους στόχοι της είναι:

  • Ανάπτυξη και υλοποίηση εξελιγμένων υπολογιστικών τεχνικών με βάση τις πεπερασμένες διαφορές στο πεδίο του χρόνου.
  • Βελτίωση της απόδοσης της μεθόδου των πεπερασμένων διαφορών στο πεδίο του χρόνου, διατηρώντας αναλλοίωτη την αλγοριθμική της απλότητα.
  • Ανάπτυξη ανώτερης τάξης σχημάτων πεπερασμένων διαφορών στο πεδίο του χρόνου με στόχο την επίτευξη υψηλής ακρίβειας.
  • Ανάπτυξη τεχνικών για την ελεγχόμενη ελαχιστοποίηση των σφαλμάτων αριθμητικής διακριτοποίησης.
  • Μαθηματική θεμελίωση και υλοποίηση χωρικών και χρονικών τελεστών προσέγγισης που προκύπτουν από μη συμβατικές μορφές διακριτοποίησης.
  • Ελαχιστοποίηση του συνολικού χρόνου προσομοίωσης, ιδιαίτερα για τις διατάξεις μεταϋλικών και γραφενίου.

  
  Μέθοδοι/τεχνικές που θα χρησιμοποιηθούν:   

  • Νέες μέθοδοι διακριτοποίησης με βάση τις πεπερασμένες διαφορές στο πεδίο του χρόνου.
  • Ανώτερης τάξης τελεστές (απλοί και μη συμβατικοί) προσέγγισης χωρικών και χρονικών παραγώγων.
  • Τεχνικές και κριτήρια ελαχιστοποίησης αριθμητικών σφαλμάτων.
  • Αλγόριθμοι μείωσης του χρόνου προσομοίωσης (έμμεσα σχήματα εναλλακτικής κατεύθυνσης, τοπικά μονοδιάστατα σχήματα).
  • Μέθοδοι ευέλικτης τοπικής προσέγγισης για τη βελτίωση της ακρίβειας λύσης μέσω ήδη γνωστών αποτελεσμάτων.

  
  Αναμενόμενα αποτελέσματα:  

  • Ανάπτυξη νέας οικογένειας τεχνικών στο πεδίο του χρόνου για την παραμετρική σχεδίαση σύνθετων ηλεκτρομαγνητικών προβλημάτων.
  • Θεμελίωση βέλτιστων μοντέλων διακριτοποίησης για ένα μεγάλο εύρος ζώνης συχνοτήτων.
  • Μείωση των σημαντικότερων σφαλμάτων διακριτοποίησης σύγχρονων και καταξιωμένων υπολογιστικών μεθόδων.
  • Συγγραφή πρωτότυπων κωδίκων προγραμματισμού που μπορούν να αποτελέσουν τη βάση (ή τμήμα) ενός σύγχρονου υπολογιστικού εμπορικού λογισμικού.

   

• Παραλληλοποίηση-επιτάχυνση κωδίκων: Χρήση πολυπύρηνων συστημάτων παράλληλης επεξεργασίας και μονάδων επεξεργασίας γραφικών για τη δραστική μείωση του χρόνου προσομοίωσης.

  Επιμέρους στόχοι:

  • Δραστική μείωση του χρόνου προσομοίωσης σύνθετων ηλεκτρομαγνητικών προβλημάτων.
  • Αξιοποίηση των πολυπύρηνων συστημάτων παράλληλης επεξεργασίας και της αρχιτεκτονικής μονάδων επεξεργασίας γραφικών για την επιτάχυνση των προσομοιώσεων.
  • Τροποποίηση υπαρχόντων κωδίκων προγραμματισμού με τις ελάχιστες δυνατές εντολές.
  • Επιτάχυνση της επίλυσης ρεαλιστικών ηλεκτρομαγνητικών εφαρμογών μέσω της οικογένειας των νέων μεθοδολογιών στο πεδίο του χρόνου.
  • Αμεση βελτιστοποίηση της ταχύτητας επίλυσης της μεθόδου των πεπερασμένων διαφορών στο πεδίο του χρόνου.

  
  Αναμενόμενα αποτελέσματα: 

  • Ολοκληρωμένο πακέτο πηγαίων κωδίκων με βέλτιστη ταχύτητα επίλυσης και υψηλή ακρίβεια.
  • Ενσωμάτωση καινοτόμων τεχνολογιών παράλληλης πολυπύρηνης επεξεργασίας και μονάδων επεξεργασίας γραφικών.
  • Δυνατότητα επίλυσης ηλεκτρομαγνητικών προβλημάτων πολύ μεγαλύτερης κλίμακας και πολυπλοκότητας με σχετικά περιορισμένο οικονομικό κόστος.
  • Αποφυγή της υλοποίησης σειριακού κώδικα συγκεκριμένων υπολογιστικών τεχνικών.

  
  Μέθοδοι/τεχνικές που θα χρησιμοποιηθούν: 

  • Γλώσσες υψηλού προγραμματισμού που μπορούν να συνδυαστούν με τις τεχνικές επιτάχυνσης (π.χ. C++, Matlab).
  • Χρήση παράλληλου προγραμματισμού CUDA για τη συγγραφή πηγαίου κώδικα σε αρχιτεκτονική μονάδων επεξεργασίας γραφικών.
  • Διαχωρισμός του αρχικού προβλήματος σε μικρότερα, τα οποία μπορούν να επιλυθούν ανεξάρτητα, μαζί με συγκεκριμένα τμήματά του που θα αντιμετωπιστούν συνεργατικά.

   

• Μεθοδολογία ομογενοποίησης μεταϋλικών/μεταεπιφανειών: Ανάπτυξη τεχνικών ομογενοποίησης και διατύπωση ολοκληρωμένου μοντέλου επιφανειακής επιδεκτικότητας για τυχαία μεταεπιφάνεια ακτινοβολούμενη υπό γωνία.

  Επιμέρους στόχοι:

  • Ανάπτυξη μοντέλων επιφανειακής επιδεκτικότητας υψηλής ακρίβειας για την αξιόπιστη ομογενοποίηση μεταεπιφανειών αυθαίρετης γεωμετρίας που ακτινοβολούνται από επίπεδα ηλεκτρομαγνητικά κύματα τυχαίας πόλωσης και γωνίας πρόσπτωσης.
  • Εξαγωγή αναλυτικών σχέσεων – όπου αυτό είναι εφικτό – για την περιγραφή της διάδοσης κυματικών μετώπων σε μεταϋλικά και μεταεπιφάνειες.
  • Εφαρμογή των μοντέλων ομογενοποίησης στον σχεδιασμό υποστρωμάτων κεραιών μικροταινίας από διπλο-αρνητικά μεταϋλικά.

  
  Αναμενόμενα αποτελέσματα:

  • Άμεση και βαθύτερη ερμηνεία των μηχανισμών διάδοσης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων τυχαίας πόλωσης σε μεταεπιφάνειες.
  • Ανάπτυξη τεχνικών ομογενοποίησης που λαμβάνουν υπόψη τη χρονική διασπορά των εμπλεκόμενων μέσων.
  • Ταχύτερες και ακριβέστερες προσομοιώσεις για ιδιαίτερα απαιτητικά προβλήματα με μεγάλους υπολογιστικούς χώρους και πολύπλοκα υλικά.
  • Εφαρμογή της μεθόδου ομογενοποίησης σε προβλήματα κοντινού πεδίου.

  
  Μέθοδοι/τεχνικές που θα χρησιμοποιηθούν: 

  • Υπολογισμός του πίνακα πολωσιμοτήτων των στοιχείων που συγκροτούν τη μεταπειφάνεια από τις παραμέτρους σκέδασης κάθετα προσπιπτόντων ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και αντικατάσταση του κάθε σκεδαστή από κατάλληλα ηλεκτρικά και μαγνητικά δίπολα.
  • Χαρακτηρισμός της μεταεπιφάνειας από ισοδύναμο πίνακα επιφανειακής επιδεκτικότητας.
  • Εύρεση των συχνοτικά εξαρτημένων συντελεστών αλληλεπίδρασης για την πλάγια πρόσπτωση μέσω ενός αλγορίθμου επιτάχυνσης της σύγκλισης των αριθμητικών σειρών που προκύπτουν.

   

• Σχεδίαση απορροφητών με μεταϋλικά: Σχεδίαση και υλοποίηση νέας οικογένειας απορροφητών από μεταϋλικά που συνδυάζουν το πολύ λεπτό πάχος, μεγάλο εύρος ζώνης λειτουργίας και υψηλή απόσβεση.

  Επιμέρους στόχοι: 

  • Διερεύνηση της χρήσης των μεταϋλικών στη σχεδίαση αποδοτικών διατάξεων ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας.
  • Θεωρητική θεμελίωση, σχεδίαση και κατασκευή μιας νέας οικογένειας επίπεδων απορροφητών με μεταϋλικά (σε περιοδική διάταξη) πολύ λεπτού πάχους και μεγάλου εύρους ζώνης συχνοτήτων, οι οποίοι θα επιτυγχάνουν απόλυτη πρακτικά απορροφητικότητα υπό οποιαδήποτε γωνία πρόσπτωσης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.
  • Μελέτη των εμπλεκόμενων φυσικών φαινομένων που διέπουν τις κυματικές αλληλεπιδράσεις στις διεπιφάνειες κενού-μεταϋλικών. Τα φαινόμενα αυτά οφείλονται στην ανάπτυξη επιφανειακών ρυθμών συντονισμού, που διαδίδονται σε παράλληλες προς τη διεπιφάνεια διευθύνσεις και υφίστανται εκθετική απόσβεση.

  
  Αναμενόμενα αποτελέσματα: 

  • Σχεδίαση απορροφητών από μεταϋλικά στην περιοχή των THz αλλά και στην υπέρυθρη περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.
  • Διατύπωση γενικών και εύχρηστων κριτηρίων διεύρυνσης του εύρους ζώνης λειτουργίας και της ανεξαρτησίας της απόδοσης των προτεινόμενων απορροφητών από τη γωνία και την πόλωση της προσπίπτουσας ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.
  • Ερμηνεία των δυσνόητων κυματικών φαινομένων στις διεπιφάνειες κενού-μεταϋλικών και επέκτασή της στους διαφορετικούς μηχανισμούς απορρόφησης των περιοδικά διατεταγμένων μεταϋλικών.

  
  Μέθοδοι/τεχνικές που θα χρησιμοποιηθούν:

  • Χρήση της γενικευμένης θεωρίας ομογενοποίησης για τη σχεδίαση του ιδανικού απορροφητή, η κεντρική συχνότητα του οποίου θα ρυθμιστεί με κατάλληλη επιλογή των γεωμετρικών χαρακτηριστικών των χρησιμοποιούμενων μεταϋλικών.
  • Μελέτη των δυνατοτήτων χρήσης των τοπικά ομογενοποιημένων καταστατικών παραμέτρων σε διάφορες διατάξεις μεταϋλικών για την ακριβή περιγραφή των επιφανειακών κυμάτων που αναπτύσσονται σε ρεαλιστικές μη-ομογενοποιημένες δομές.
  • Εφαρμογή των προηγμένων υπολογιστικών μεθόδων για τις προσομοιώσεις των προτεινόμενων δομών.

   

• Ανάλυση νανομαγνητικών πλασμονικών μέσων: Μελέτη νανομαγνητικών πλασμονικών ρυθμών και της συσχέτισής τους με τα μεταϋλικά.

  Επιμέρους στόχοι:

  • Ανάλυση των νανομαγνητικών πλασμονικών ρυθμών και τη συσχέτισή τους με τα μεταϋλικά.
  • Ανάπτυξη νέας τεχνικής που θα χρησιμοποιεί το ρεύμα μετατόπισης (αντί του ρεύματος αγωγιμότητας) και θα βασίζεται στους κύριους μηχανισμούς διάδοσης της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας στις οπτικές συχνότητες.

  
  Αναμενόμενα αποτελέσματα:  

  • Συσχέτιση των πλασμονικών μέσων με τα μεταϋλικά και εξεύρεση κοινών ιδιοτήτων για εφαρμογές υψηλής απόδοσης στις οπτικές συχνότητες.
  • Παραμετροποιημένη σχεδίαση νανομαγνητικών κυκλωμάτων με μεγάλο εύρος ζώνης λειτουργίας και ελάχιστες απώλειες.
  • Σύγκριση της απόδοσης των προτεινόμενων νανοκυκλωμάτων με τις αντίστοιχες διατάξεις μεταϋλικών.

  
  Μέθοδοι/τεχνικές που θα χρησιμοποιηθούν:

  • Μεθοδολογία ανάλυσης σύνθετων ηλεκτρομαγνητικών φαινομένων στις οπτικές συχνότητες με το ρεύμα μετατόπισης.
  • Μελέτη πολυπλοκότερων εξαρτημάτων με βάση τις απλές δομές που ήδη αναλύθηκαν.

   

• Μοντελοποίηση δομών γραφενίου αυθαίρετης γεωμετρίας: Προσομοίωση διατάξεων γραφενίου, σχεδίαση δομών γραφενίου για υψηλής ταχύτητας νανοδιασυνδέσεις και χαρακτηρισμός απωλειών.

  Επιμέρους στόχοι: 

  • Μοντελοποίηση βασικών δομών γραφενίου πεπερασμένων και άπειρων διαστάσεων.
  • Σχεδίαση προσαρμοζόμενων διατάξεων γραφενίου για υψηλής ταχύτητας νανοδιασυνδέσεις.
  • Επέκταση των εφαρμογών των προτεινόμενων μοντέλων σε εξαρτήματα από τον χώρο της νανοηλεκτρονικής.

  
  Αναμενόμενα αποτελέσματα:

  • Συγκρότηση διακριτοποιημένων μοντέλων για τη μελέτη εξαρτημάτων γραφενίου.
  • Βέλτιστη σχεδίαση νανοδιασυνδέσεων υψηλής ταχύτητας χωρίς τα σημαντικά προβλήματα απωλειών των μικροκυματικών αναλόγων τους.
  • Έλεγχος της απόδοσης ρεαλιστικών διατάξεων ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας από τον χώρο της νανοτεχνολογίας, ιδιαίτερα εκείνων που σχετίζονται με θέματα διασταυρούμενης συνομιλίας και ακεραιότητας σήματος, μέσω της συνολικής μείωσης των διαστάσεών τους και χρήσης γραφενίου.

  
  Μέθοδοι/τεχνικές που θα χρησιμοποιηθούν: 

  • Υβριδική μέθοδος πεπερασμένων διαφορών στο πεδίο του χρόνου με κατάλληλο μηχανισμό διέγερσης δέσμης αυθαίρετης πόλωσης και γωνίας πρόσπτωσης.
  • Εφαρμογή βελτιωμένης τεχνικής υποπλεγματοποίησης για τη μοντελοποίηση των άπειρων φύλλων γραφενίου.
  • Εξαγωγή του απαιτούμενου μοντέλου χωρικής αγωγιμότητας – σε αντίθεση με τα υπάρχοντα προβληματικά επιφανειακά μοντέλα – για το γραφένιο και εφαρμογή των κατάλληλων περιοδικών συνθηκών για τη διακριτοποίηση διατάξεων άπειρης διάστασης.

   

• Θεωρητική ανάλυση πλασμονικών ρυθμών σε γραφένιο: Διερεύνηση της συμβολής των πλασμονικών ρυθμών στην ανάπτυξη εξελιγμένων διατάξεων φωτονικών μεταϋλικών και νανοκεραιών.

  Επιμέρους στόχοι: 

  • Μαθηματική θεμελίωση της διάδοσης πλασμονικών ρυθμών σε φύλλα γραφενίου.
  • Υψηλή εστίαση ηλεκτρομαγνητικών κυματικών μετώπων για συγκεκριμένες συχνότητες σε μεταϋλικά.
  • Πλασμονικοί ρυθμοί γραφενίου ως εναλλακτική λύση για τα πλασμόνια ευγενών μετάλλων, λόγω της διάδοσής τους σε μεγαλύτερες αποστάσεις και της ευκολότερης εστίασής τους.
  • Υπολογιστική μοντελοποίηση των επιφανειακών πλασμονικών ρυθμών σε γραφένιο.

   

  Αναμενόμενα αποτελέσματα:

  • Κατανόηση του μηχανισμού διάδοσης των πλασμονικών ρυθμών σε φύλλα γραφενίου.
  • Εφαρμογή του θεωρητικού υποβάθρου στη σχεδίαση νανοκεραιών.
  • Προσομοίωση σύνθετων προβλημάτων με γραφένιο και μελέτη των μεγεθών του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου σε περιβάλλον πλασμονικής διάδοσης.
  • Συγκρότηση μοντέλων για τη σχεδίαση φωτονικών μεταϋλικών και πραγματοποίηση συγκρίσεων με υπάρχουσες διατάξεις.

   
  Μέθοδοι/τεχνικές που θα χρησιμοποιηθούν: 

  • Ενσωμάτωση όλων των απωλειών στις μοντελοποιήσεις με γραφένιο.
  • Χρήση των αλληλεπιδράσεων των πλασμονικών ρυθμών στην επιφάνεια του γραφενίου στην προσομοίωση διδιάστατων και μονοδιάστατων δομών.
  • Αριθμητικός υπολογισμός της επίδρασης των κβαντικών πλασμονικών αλληλεπιδράσεων σε προβλήματα νανοτεχνολογίας.

   

• Παραμετρική σχεδίαση μικρο-ηλεκτρομηχανικών συστημάτων ραδιοσυχνοτήτων: Ανάπτυξη και υλοποίηση επαναπροσδιοριζόμενων μικρο-ηλεκτρομηχανικών συστημάτων ραδιοσυχνοτήτων με βελτιωμένο εύρος ζώνης συχνοτήτων.

  Επιμέρους στόχοι:  

  • Σχεδίαση και υλοποίηση νέων επαναπροσδιοριζόμενων μικρο-ηλεκτρομηχανικών συστημάτων ραδιοσυχνοτήτων με βελτιωμένο εύρος ζώνης συχνοτήτων.
  • Βελτιστοποιημένη ανάλυση των υφιστάμενων δικτύων πόλωσης για την ελαχιστοποίηση της επίδρασής τους στην απόκριση των προτεινόμενων συστημάτων.
  • Αξιοποίηση ηλεκτροθερμικών ενεργοποιητών για τη σχεδίαση διατάξεων σύλληψης μικροδομών και έλεγχο της απόκρισής τους μέσω ηλεκτρικών ρευμάτων.

  
  Αναμενόμενα αποτελέσματα: 

  • Παραμετροποιημένη μελέτη μικροδομών στην περιοχή των ραδιοσυχνοτήτων, λαμβάνοντας υπόψη τις θερμοκρασιακές μεταβολές και τις μηχανικές τάσεις.
  • Μοντελοποίηση υβριδικών μηχανισμών αναδιάταξης για την ανάπτυξη εξελιγμένων εφαρμογών.
  • Τεχνικές περιορισμού των υψηλών θερμοκρασιών για την επίτευξη ικανοποιητικού ελέγχου στα προτεινόμενα συστήματα.
  • Πιθανή επέκταση της αναδιαταξιμότητας σε οπτικές συχνότητες (νανο-ηλεκτρομηχανικά συστήματα) με ενδεχόμενη χρήση φύλλων γραφενίου.

  
  Μέθοδοι/τεχνικές που θα χρησιμοποιηθούν: 

  • Χρησιμοποίηση τεχνικών για τη σαφή επιτάχυνση των ιδιαίτερα χρονοβόρων προσομοιώσεων.
  • Ανάπτυξη διακριτών μοντέλων μέσω αριθμητικών μεθόδων στο πεδίο της συχνότητας για προτεινόμενα μικρο-ηλεκτρομηχανικά συστήματα.
  • Υιοθέτηση ειδικά διαμορφωμένων ενεργοποιητών με πρόσθετες δυνατότητες κίνησης (π.χ. μετατόπιση σε δύο διευθύνσεις).

   

• Εφαρμογές μικρο-ηλεκτρομηχανικών συστημάτων σε μεταϋλικά στην περιοχή των ΤΗz: Συνδυασμός μικρο-ηλεκτρομηχανικών συστημάτων και μεταϋλικών. Διακριτοποιημένα μοντέλα για ρεαλιστικές εφαρμογές.

  Επιμέρους στόχοι: 

  • Συνδυασμός των μικρο-ηλεκτρομηχανικών συστημάτων που αναπτύχθηκαν με διατάξεις διπλο-αρνητικών μεταϋλικών.
  • Αντικατάσταση των υπό συνθήκες προβληματικών εμπλεκόμενων θερμικών λαβίδων στα συνήθη συστήματα με τμήματα συντονιστών διακοπτόμενου δακτυλίου.
  • Σχεδίαση ελεγχόμενων υποστρωμάτων ακτινοβολητών, φίλτρων και κυματοδηγών στην περιοχή των THz, με χρήση κατάλληλα εξελιγμένων ηλεκτροθερμικών ενεργοποιητών, για βελτιωμένη ευελιξία και μεγαλύτερο εύρος ζώνης συχνοτήτων.
  • Μελέτη περιοδικών υλοποιήσεων με εφαρμογή της ιδιότητας της αναδιαταξιμότητας για παραμετρική τροποποίηση των κύριων χαρακτηριστικών τους.

  
  Αναμενόμενα αποτελέσματα:

  • Ανάπτυξη υψηλής απόδοσης μικρο-ηλεκτρομηχανικών συστημάτων, απαλλαγμένων από τα προβλήματα θερμοκρασίας και απωλειών, μέσω της ενσωμάτωσης των κατάλληλα σχεδιασμένων διπλο-αρνητικών μεταϋλικών.
  • Εφαρμογή της εγγενούς περιοδικότητας των μεταϋλικών στη σχεδίαση δικτύων πόλωσης για τα νέα συστήματα.
  • Επέκταση της θεωρητικής ανάλυσης στην περιοχή των ΤΗz αλλά και ενδεχόμενη υλοποίηση νανο-ηλεκτρομηχανικών συστημάτων.
  • Ποιοτικός και ποσοτικός χαρακτηρισμός διαφόρων πηγών ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών για την εξέλιξη αξιόπιστων δομών.

  
  Μέθοδοι/τεχνικές που θα χρησιμοποιηθούν:

  • Χρήση αριθμητικών τεχνικών στο πεδίο του χρόνου και της συχνότητας με αυξημένες δυνατότητες πλεγματοποίησης.
  • Εφαρμογή της αρχής της υπολειπόμενης μηχανικής τάσης μεταξύ λεπτών στρωμάτων για την αντικατάσταση συγκεκριμένων τμημάτων των νέων συστημάτων με εύχρηστα μέρη από δομές διπλο-αρνητικών μεταϋλικών.
  • Πραγματοποίηση συγκρίσεων των προτεινόμενων εξαρτημάτων (κεραιών, φίλτρων, κυματοδηγών) στην περιοχή των THz με υπάρχουσες διατάξεις.