Wat zijn elektromagnetische metamaterialen?
Elektromagnetische metamaterialen zijn verbindingen die zijn ontworpen om unieke structurele en chemische eigenschappen te hebben die niet natuurlijk zijn voor de materialen zelf. Nanoschaaloppervlakken worden gecreëerd die de reactie van het metamateriaal op gewoon licht, evenals andere soorten straling, zoals microgolfstraling, kunnen beïnvloeden door het feit dat de structurele kenmerken kleiner zijn dan de werkelijke golflengte van straling. Eigenschappen zoals elektromagnetische metamaterialen worden vaak gemaakt om weer te geven, waaronder unieke diëlektrische effecten, evenals een negatieve brekingsindex met zilveren metamaterialen, die kunnen worden gebruikt om een superlens te maken die functies van enkele nanometers groot kan oplossen of kan worden gebruikt om het interieur van te bekijken niet-magnetische voorwerpen.
Hoewel elektromagnetische metamaterialen een breed scala aan potentiële toepassingen hebben, ligt de focus van veel van het onderzoek naar dergelijke materialen vanaf 2011 in microgolftechnologie voor geavanceerde antennes en andere magnetisch gerelateerde systemen. Deze kunstmatig gestructureerde materialen zijn in staat magnetisme-eigenschappen te ontwikkelen in aanwezigheid van microgolfvelden of terahertz-infraroodvelden die direct tussen de magnetron en het zichtbare lichtbereik van het elektromagnetische (EM) spectrum bestaan. Zulke materialen zouden anders niet-magnetisch zijn, en het stimuleren van deze eigenschap in hen wordt in de fysica aangeduid als het creëren van linkshandig (LH) gedrag. Het creëren van een dergelijk gedrag in niet-magnetische apparaten zou instrumenteel zijn bij de vervaardiging van geavanceerde filters en straalverschuivende of faseverschuivende elektronica.
Het gebruik van metamaterialen zou de elektronische componenten verder verkleinen, evenals schakelingen en antennes selectiever ontvankelijk of ongevoelig maken voor verschillende banden van het EM-bereik. Een voorbeeld van een toepassing voor een fijner niveau van controle over elektromagnetische golven zou zijn in de GPS-technologie (Global Positioning System) die een nauwkeuriger positioneringssignaal zou kunnen verzenden of blokkeren dan momenteel mogelijk is in omgevingen met militair richten en jammen. Dit verbeterde vermogen wordt mogelijk gemaakt door het feit dat elektromagnetische metamaterialen een kunstmatig gestructureerde materiaalvorm zijn die zowel in wisselwerking staat met als elektromagnetische golven in de omgeving regelt, waardoor de materialen zowel zenders als ontvangers zijn.
De soorten metamaterialen die deze eigenschappen aantonen, hebben structurele kenmerken die zijn ontworpen op de schaal van de angstrom, of met een grootte van ongeveer een tiende van een nanometer. Dit vereist gezamenlijke inspanningen van verschillende wetenschapsgebieden om dergelijke materialen te bouwen, waaronder natuurkunde, scheikunde en engineering in nanotechnologie en materiaalkunde. Goud, zilver en kopermetalen, evenals plasma's en fotonische kristallen zijn materialen die zijn gebruikt bij de constructie van dergelijke elektromagnetische metamaterialen, en naarmate de wetenschap vordert, vindt het gebruik van metamaterialen steeds meer toepassingen op het gebied van optica. De theorie is dat uiteindelijk een vorm van elektromagnetisch onzichtbaarheidsveld zou kunnen worden gegenereerd door dergelijke metamaterialen, waar zichtbaar licht om hen heen zou kunnen worden gebogen om hun aanwezigheid te verbergen.