Подведомственный Минобрнауки России Пензенский государственный университет (ПГУ) представил новый математический метод и программный комплекс для моделирования структур с графеновым покрытием. Разработка позволит сократить расходы на создание компонентов для наноэлектроники, фотоники и других высокотехнологичных отраслей.
Графен — одноатомный слой углерода с гексагональной решёткой — обладает уникальными свойствами: высокой прочностью, электропроводностью, гибкостью и химической стабильностью. Несмотря на перспективы применения в сверхмощных компьютерах, биосенсорах, имплантах и аккумуляторах, его внедрение связано с трудоёмкими расчётами.
Коллектив учёных под руководством заведующего кафедрой «Математика и суперкомпьютерное моделирование» ПГУ профессора Юрия Смирнова и аспиранта Олега Кондырева разработал алгоритм для моделирования взаимодействия электромагнитных волн с диэлектриками, покрытыми графеном. Такие структуры применяются в электронных платах и оптических фильтрах.
Графен, имея толщину в один атом, считается бесконечно тонким слоем. Его присутствие на поверхности диэлектрика меняет условия сопряжения сред, что усложняет расчеты.
- Олег Кондырев
Чтобы решить задачу, учёные построили математическую модель сопряжения уравнений Максвелла с учётом конечных размеров образца, что ранее было возможно лишь для периодических структур.
Программный комплекс, основанный на оригинальных интегральных уравнениях, прошёл тестирование в Научно-исследовательском центре «Суперкомпьютерное моделирование в электродинамике» ПГУ. Проверка показала, что различия между известными структурами и материалами с графеном минимальны, что подтверждает устойчивость метода.
Математическое моделирование в разы дешевле физических экспериментов. Наш подход ускорит разработку новых материалов с заданными свойствами.
- Юрий Смирнов
По его словам, проект уже вызвал интерес у предприятий электронной промышленности.
Исследование поддержано программой «Ректорские гранты» ПГУ. В дальнейшем авторы намерены зарегистрировать программный комплекс и расширить работу в области коммуникационных систем и сенсоров.
Источник: Минобрнауки РФ
Фото: ПГУ
