Метаматериал без металла – изобретение XXI века

Метаматериал без металла – изобретение XXI века

Исследователи Университета Дьюка создали первый, динамически настраиваемый метаматериал для управления электромагнитными волнами. Особенность структуры – полное отсутствие металла. Технология обещает стать основой для уникальных построений, начиная от усовершенствованных сканеров безопасности и заканчивая кардинально изменёнными видами дисплеев.

Что такое метаматериал в новом образе?

Метаматериал — искусственная композитная структура, способная манипулировать волнами — световыми и звуковыми. При этом в новом образце работают именно свойства структуры, а не химическая составляющая.

Исследователи получили уникальную возможность проектирования метаматериалов, создавая редкие или неестественные свойства.

К примеру, способности поглощать определенные диапазоны электромагнитного спектра или загибать лучи света назад. Как заметил профессор электротехники и вычислительной техники Duke University, Вилли Падилья (Willie Padilla):

Эти материалы состоят из сетки отдельных единиц, и они могут быть индивидуально настроены. По мере прохождения волн через поверхность метаматериала, появляется возможность управлять амплитудой и фазой в любом месте сетки.

Каждое отдельное место сетки содержит крошечный кремниевый цилиндр высотой 50 мк и шириной 120 мк. Такие цилиндры расположены на расстоянии 170 мк один от другого.

Методом фотодиодирования цилиндры «бомбардируют» определенной частотой света. Этот метод накладывает типично изолирующий материал, блокируя металлические свойства путем возбуждения электронов на поверхности цилиндров.

Вновь освобожденные электроны заставляют цилиндры взаимодействовать с проходящими через них электромагнитными волнами.

Размером цилиндров задаётся рабочая частота света необходимая для взаимодействия. Угол фотодиодирования влияет на характеристику манипуляции.

Целенаправленное проектирование этих деталей метаматериала позволяет управлять электромагнитными волнами разными способами. Так, в рамках исследования цилиндры были рассчитаны на взаимодействие с терагерцовыми волнами.

Что показали исследования учёным?

Терагерцовые волны занимают полосу электромагнитного спектра между микроволнами и инфракрасным светом. Управление этой полосой электромагнитного спектра открывает широкие горизонты для технологий.

Допустимые варианты – применение для манипуляции широкополосной связью космических спутников или создание технологии безопасности, поддерживающей методику сканирования сквозь одежду.

Технология новых метаматериалов позволяет адаптацию к другим диапазонам электромагнитного спектра — например, к диапазонам инфракрасного или видимого света. Для этого требуется немного — просто масштабировать размер цилиндров сетки.

Мы можем динамически контролировать каждую точку метаповерхности. Мы можем создать любой тип шаблона, например, линзы или устройства рулевого управления.

Учёные не шутят. Технология действительно обещает многое. В то время как уже существующие метаматериалы контролируют электромагнитные волны через электрические свойства, новая технология добавляет манипулирование через магнитные свойства.

Эти свойства дают новому метаматериалу значительно большую универсальность — способность управлять непосредственно у поверхности, а не в моменты прохождения излучения сквозь структуру.


На основе публикаций: Duke University


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *