Quelles sont les différentes applications des métamatériaux?
Les métamatériaux sont des matériaux de laboratoire capables de plier les ondes électromagnétiques comme aucune autre substance trouvée dans la nature. L'un de leurs aspects est que de tels matériaux peuvent courber des faisceaux de lumière dans la direction opposée, une propriété connue sous le nom d'indice de réfraction négatif. Alors que différents types de métamatériaux sont créés à l'aide d'ordinateurs pour simuler et construire la structure à l'échelle nanométrique, de plus en plus d'applications de métamatériaux sont réalisées. Ils peuvent être utilisés pour fabriquer des antennes miniaturisées et des systèmes de communication; systèmes d'imagerie de précision dans la fabrication, la défense et la médecine; ainsi que d'être utilisé dans des applications militaires et spatiales. Le masquage de métamatériaux a également été théorisé pour courber la lumière autour d'un objet pour le rendre invisible.
Le concept de ces matériaux est basé sur le fait que les interactions avec les atomes et les molécules dans la nature affectent les ondes électromagnétiques. À une échelle sub-microscopique, des matériaux spécifiques peuvent être modifiés pour affecter le comportement de ces ondes jusqu'à ce qu'elles agissent d'une manière qu'elles ne font pas normalement. Des objets d'une fraction de la taille d'une longueur d'onde lumineuse ont été créés, ce qui permet de manipuler les ondes électromagnétiques dans diverses applications. Une des applications des métamatériaux est leur utilisation dans les antennes qui peuvent être gravées sur des cartes de circuit imprimé et occupent très peu de place. Les appareils miniatures utilisant des antennes sont donc possibles, de même que les circuits plus petits qui contrôlent les fréquences large bande et le déphasage dans l'électronique.
Les métamatériaux peuvent également être utilisés dans les systèmes d'imagerie fonctionnant à des résolutions supérieures aux limites de la taille de la longueur d'onde. Les applications de métamatériaux dans ces cas vont de l’augmentation de la densité de petits composants électroniques aux systèmes d’imagerie médicale précis ainsi qu’aux dispositifs de contrôle pour la fabrication. Les méta-surfaces constituées de matériaux modifiant les ondes électromagnétiques sont organisées de sorte que la géométrie à petite échelle influe sur le mouvement des ondes. Les substances avec lesquelles ils sont construits n’ont pas autant d’impact.
Les systèmes d'antenne et l'électronique de communication dans les satellites peuvent également incorporer des métamatériaux. La taille de la charge utile est réduite au minimum, ce qui facilite le lancement d'un satellite plus petit et son coût de conception et de construction. Les applications de métamatériaux comprennent également des équipements et dispositifs de sécurité plus petits utilisés par l'armée. Les scientifiques ont même appliqué des métamatériaux à la théorie du camouflage ou de la flexion de la lumière afin qu'un objet devienne invisible. Jusqu'à présent, à partir de 2011, les ingénieurs ont pu dissimuler une longueur d'onde à la fois, mais ont théorisé des applications de métamatériaux pour améliorer les performances des périphériques sans fil, de la mémoire et des lentilles optiques.