_ Metamaterialele cu indice zero și viitorul

19:37 2024-02-06 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ Metamaterialele cu indice zero și viitor

În domeniul științei materialelor, metamaterialele electromagnetice (EM) au apărut ca o clasă revoluționară de compozite proiectate capabile să manipuleze undele electromagnetice în moduri niciodată posibile până acum. Spre deosebire de omologii lor care apar în mod natural, metamaterialele EM își obțin proprietățile extraordinare din aranjamentele lor structurale unice, permițându-le să prezinte caracteristici electromagnetice de neatins în materialele convenționale.

Una dintre cele mai fascinante caracteristici ale metamaterialelor EM constă în domeniul metamateriale cu indice zero (ZIM). ZIM-urile posedă capacitatea remarcabilă de a obține o distribuție uniformă a câmpului electromagnetic pe o formă arbitrară (Figura 1a). Această proprietate unică deschide multe aplicații potențiale, de la dispozitive ultracompacte de acoperire până la ghiduri de undă și lentile cu formă arbitrară și lasere care emit suprafețe cu cristale fotonice (Figura 1b).

În ciuda potențialului lor imens, ZIM-urile s-au confruntat cu un obstacol semnificativ. în implementarea lor practică. Omogenitatea ZIM-urilor este adesea limitată de numărul de celule unitare pe lungimea de undă din spațiul liber. Această limitare rezultă din proprietatea de permisivitate scăzută a materialelor utilizate pentru construirea ZIM-urilor. Drept urmare, ZIM-urile necesită adesea spațiu fizic mare pentru a-și atinge proprietățile electromagnetice eficiente (Figura 2b).

Cercetătorii au depășit această provocare de lungă durată într-un studiu publicat în eLight, prin dezvoltarea unui ZIM extrem de omogen folosind o combinație nouă. de materiale de înaltă permisivitate.

Așa cum se arată în Figura 3a, prin utilizarea stâlpilor ceramici SrTiO3 încorporați într-o matrice de fundal BaTiO3, aceștia au fabricat cu succes un ZIM cu o creștere de peste trei ori a nivelului de omogenizare (Figurile 2b și 2e ), reducându-i semnificativ dimensiunile fizice.

Pe baza distribuției uniforme a fazei câmpului electromagnetic în ZIM, cercetătorii au demonstrat o antenă de înaltă directivitate. Prin încorporarea ZIM într-un ghid de undă metalic (Figura 4a), această antenă s-a apropiat de limitarea fundamentală a directivității în antenă, deoarece dimensiunea deschiderii variază de la regimul de sublungimi de undă la o scară foarte mare (Figura 4c).

Această descoperire. deschide calea către o nouă eră a dispozitivelor bazate pe ZIM, oferind performanță și compactitate fără precedent. Realizarea cercetătorilor are implicații profunde pentru o gamă largă de domenii, inclusiv comunicațiile fără fir, teledetecția și sistemele de poziționare globală. Mai mult decât atât, munca lor deschide noi posibilități pentru cercetarea fundamentală în ghiduri de undă ultracompacte, dispozitive de acoperire și calcul cuantic supraconductor.

(Fluierul)