Quali sono le diverse applicazioni dei metamateriali?

I metamateriali sono materiali di laboratorio che possono piegare le onde elettromagnetiche a differenza di qualsiasi altra sostanza presente in natura. Un aspetto di questi è che tali materiali possono piegare i raggi di luce nella direzione opposta, una proprietà nota come indice di rifrazione negativo. Man mano che vengono creati diversi tipi di metamateriali con l'ausilio di computer per simulare e costruire la struttura su nanoscala, vengono realizzate più applicazioni di metamateriali. Possono essere utilizzati per realizzare antenne miniaturizzate e sistemi di comunicazione; sistemi di imaging precisi nella produzione, difesa e medicina; oltre ad essere utilizzato in applicazioni militari e spaziali. Il cloaking del metamateriale è stato anche teorizzato per piegare la luce attorno a un oggetto per renderlo invisibile.

Il concetto di questi materiali si basa sulle onde elettromagnetiche influenzate dalle interazioni con atomi e molecole in natura. Su una scala sub-microscopica, materiali specifici possono essere modificati per influenzare il comportamento di queste onde fino a quando non agiscono in un modo che normalmente non fanno. Sono stati creati oggetti della dimensione di una lunghezza d'onda della luce, rendendo possibile la manipolazione delle onde elettromagnetiche in una varietà di applicazioni. Una delle applicazioni dei metamateriali è il loro uso in antenne che possono essere incise su circuiti stampati e occupare pochissimo spazio. Sono quindi possibili dispositivi in ​​miniatura che utilizzano antenne, nonché circuiti più piccoli che controllano le frequenze della banda larga e lo sfasamento nell'elettronica.

I metamateriali possono anche essere utilizzati in sistemi di imaging che operano a risoluzioni superiori ai limiti della dimensione della lunghezza d'onda della luce. Le applicazioni dei metamateriali in questi casi vanno dall'aumento della densità di piccoli componenti elettronici a precisi sistemi di imaging medico e dispositivi di ispezione per la produzione. Le meta-superfici costruite con materiali che alterano le onde elettromagnetiche sono organizzate in modo che la geometria su piccola scala influenzi il modo in cui le onde si muovono. Le sostanze con cui sono costruite non hanno un grande impatto.

Anche i sistemi di antenne e l'elettronica di comunicazione nei satelliti possono incorporare metamateriali. Le dimensioni del payload sono ridotte al minimo, rendendo più semplice l'avvio di un satellite più piccolo e meno costoso per progettarlo e costruirlo. Le applicazioni dei metamateriali includono anche apparecchiature e dispositivi di sicurezza più piccoli utilizzati dai militari. Gli scienziati hanno persino applicato i metamateriali alla teoria del mantello o alla flessione della luce in modo che un oggetto diventi invisibile. Finora, dal 2011, gli ingegneri sono stati in grado di occultare una lunghezza d'onda alla volta, ma hanno teorizzato le applicazioni dei metamateriali per migliorare le prestazioni dei dispositivi wireless, della memoria e delle lenti ottiche.