Cosa sono i metamateriali elettromagnetici?

I metamateriali elettromagnetici sono composti progettati per avere proprietà strutturali e chimiche uniche che non sono naturali per i materiali stessi. Vengono create superfici in nanoscala che possono influenzare la reazione del metamateriale alla luce ordinaria, così come altri tipi di radiazioni come le radiazioni a microonde dal fatto che le caratteristiche strutturali sono di dimensioni inferiori rispetto alla lunghezza d'onda effettiva delle radiazioni. Le proprietà che tali metamateriali elettromagnetici vengono spesso create per la visualizzazione includono effetti dielettrici unici, nonché un indice di rifrazione negativo con metamateriali d'argento, che potrebbe essere utilizzato per creare un superlens in grado di risolvere caratteristiche di alcuni nanometri o essere utilizzato per visualizzare l'interno di oggetti non magnetici.

Mentre i metamateriali elettromagnetici hanno una vasta gamma di potenziali applicazioni, il focus di gran parte della ricerca su tali materiali a partire dal 2011 è stato nell'ingegneria a microonde per antenne avanzate e altri sistemi magnetici. Questi materiali strutturati artificialmente sono in grado di sviluppare caratteristiche di magnetismo in presenza di campi a microonde o campi a infrarossi terahertz che esistono direttamente tra il microonde e la gamma di luce visibile dello spettro elettromagnetico (EM). Tali materiali sarebbero altrimenti non magnetici e stimolare questa proprietà in essi viene definita in fisica come creazione del comportamento per mancini (LH). La creazione di un tale comportamento nei dispositivi non magnetici sarebbe strumentale alla produzione di filtri avanzati e dispositivi elettronici di spostamento del fascio o di sfasamento.

Gli usi dei metamateriali miniaturizzerebbero ulteriormente i componenti elettronici, oltre a rendere i circuiti e le antenne più selettivamente ricettivi o impermeabili alle varie bande della gamma EM. Un esempio di un'applicazione per un livello più fine di controllo sulle onde elettromagnetiche potrebbe essere rappresentato dalla tecnologia del sistema di posizionamento globale (GPS) che potrebbe trasmettere o bloccare un segnale di posizionamento più preciso di quanto sia attualmente possibile in ambienti militari di targeting e disturbo. Questa capacità potenziata è resa possibile dal fatto che i metamateriali elettromagnetici sono una forma materiale strutturata artificialmente che interagisce e controlla le onde elettromagnetiche ambientali, rendendo i materiali sia trasmettitori che ricevitori.

I tipi di metamateriali che dimostrano queste proprietà hanno caratteristiche strutturali ingegnerizzate alla scala dell'angstrom o ad una dimensione di circa un decimo di nanometro. Ciò richiede sforzi congiunti da parte di diversi campi della scienza per costruire tali materiali, tra cui fisica, chimica e ingegneria nella nanotecnologia e nella scienza dei materiali. I metalli dell'oro, dell'argento e del rame, così come i plasmi e i cristalli fotonici sono materiali che sono stati utilizzati nella costruzione di tali metamateriali elettromagnetici e, man mano che la scienza avanza, gli usi dei metamateriali trovano applicazioni crescenti nel campo dell'ottica. Si teorizza che alla fine una tale forma di campo di invisibilità elettromagnetica potrebbe essere generata da tali metamateriali, dove la luce visibile potrebbe essere piegata attorno a loro per nascondere la loro presenza.