Los investigadores de la Universidad de Duke han construido el primer metamaterial dinámicamente sintonizable sin metal para controlar las ondas electromagnéticas. El enfoque podría formar la base para tecnologías que van desde escáneres de seguridad mejorados hasta nuevos tipos de pantallas visuales.
Los resultados aparecen el 9 de abril en la revista Materiales avanzados .
Un metamaterial es un material artificial que manipula ondas como la luz y el sonido a través de las propiedades de su estructura en lugar de su química. Los investigadores pueden diseñar estos materiales para que tengan propiedades raras o no naturales, como la capacidad de absorber rangos específicos del espectro electromagnético odoblar la luz hacia atrás.
"Estos materiales están formados por una cuadrícula de unidades separadas que pueden ajustarse individualmente", dijo Willie Padilla, profesor de ingeniería eléctrica e informática en Duke. "A medida que una onda atraviesa la superficie, el metamaterial puede controlar la amplitud yfase en cada ubicación de la cuadrícula, lo que nos permite manipular la onda de muchas maneras diferentes ".
En la nueva tecnología, cada ubicación de la rejilla contiene un pequeño cilindro de silicio de solo 50 micras de alto y 120 micras de ancho, con los cilindros separados 170 micras uno del otro. Si bien el silicio no es normalmente un material conductor, los investigadores bombardean los cilindros conuna frecuencia específica de luz en un proceso llamado fotodoping, que le otorga al material típicamente aislante propiedades metálicas al excitar electrones en las superficies de los cilindros.
Estos electrones recién liberados hacen que los cilindros interactúen con las ondas electromagnéticas que pasan a través de ellos. El tamaño de los cilindros dicta con qué frecuencias de luz pueden interactuar, mientras que el ángulo del fotodopaje afecta la forma en que manipulan las ondas electromagnéticas.Con estos detalles, el metamaterial puede controlar las ondas electromagnéticas de muchas maneras diferentes.
Para este estudio, los cilindros fueron dimensionados para interactuar con ondas de terahercios, una banda del espectro electromagnético que se encuentra entre las microondas y la luz infrarroja. Controlar esta longitud de onda de la luz podría mejorar las comunicaciones de banda ancha entre satélites o conducir a una tecnología de seguridad que pueda fácilmenteescanee a través de la ropa. El enfoque también podría adaptarse a otras bandas del espectro electromagnético, como la luz infrarroja o visible, simplemente escalando el tamaño de los cilindros.
"Estamos demostrando un nuevo campo en el que podemos controlar dinámicamente cada punto de la meta-superficie ajustando cómo se están fotocopiando", dijo Padilla. "Podemos crear cualquier tipo de patrón que queramos, permitiéndonos crear lentes odispositivos de dirección del haz, por ejemplo. Y como están controlados por haces de luz, pueden cambiar muy rápido con muy poca potencia ".
Si bien los metamateriales existentes controlan las ondas electromagnéticas a través de sus propiedades eléctricas, la nueva tecnología también puede manipularlas a través de sus propiedades magnéticas.
"Esto permite que cada cilindro no solo influya en la onda entrante, sino también en la interacción entre los cilindros vecinos", dijo Kebin Fan, científico investigador en el laboratorio de Padilla y primer autor del artículo. "Esto le da al metamaterial mucha más versatilidad, comocomo la capacidad de controlar las ondas que viajan a través de la superficie del metamaterial en lugar de atravesarlo ".
"Estamos más interesados en la demostración básica de la física detrás de esta tecnología, pero tiene algunas características destacadas que la hacen atractiva para los dispositivos", dijo Padilla.
"Debido a que no está hecho de metal, no se derretirá, lo que puede ser un problema para algunas aplicaciones", dijo. "Tiene control de longitud de onda inferior, que le brinda más libertad y versatilidad. También es posible reconfigurarcómo el metamaterial afecta las ondas entrantes extremadamente rápido, lo que hace que nuestro grupo planee explorar su uso para la holografía dinámica ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :