Co to są metamateriały elektromagnetyczne?
Elektromagnetyczne metamateriały to związki zaprojektowane tak, aby miały unikalne właściwości strukturalne i chemiczne, które nie są naturalne dla samych materiałów. Tworzone są powierzchnie w skali nano, które mogą wpływać na reakcję metamateriału na zwykłe światło, a także na inne rodzaje promieniowania, takie jak promieniowanie mikrofalowe, ponieważ cechy strukturalne są mniejsze niż rzeczywista długość fali promieniowania. Właściwości, takie jak elektromagnetyczne metamateriały, które często są tworzone w celu wyświetlenia, obejmują unikalne efekty dielektryczne, a także ujemny współczynnik załamania światła ze srebrnymi metamateriałami, które można wykorzystać do wytworzenia superlensu, który mógłby rozdzielić cechy o wielkości kilku nanometrów lub użyć go do obejrzenia wnętrza obiekty niemagnetyczne.
Podczas gdy metamateriały elektromagnetyczne mają szeroki zakres potencjalnych zastosowań, większość badań nad takimi materiałami od 2011 r. Koncentrowała się na inżynierii mikrofalowej dla zaawansowanych anten i innych systemów związanych z magnetycznością. Te sztucznie zbudowane materiały są zdolne do rozwinięcia cech magnetyzmu w obecności pól mikrofalowych lub pól podczerwieni terahercowych, które istnieją bezpośrednio między mikrofalami a zakresem światła widzialnego widma elektromagnetycznego (EM). W przeciwnym razie takie materiały byłyby niemagnetyczne, a pobudzenie tej właściwości w nich określa się w fizyce mianem zachowania leworęcznego (LH). Stworzenie takiego zachowania w urządzeniach niemagnetycznych odegrałoby zasadniczą rolę w produkcji zaawansowanych filtrów i elektroniki z przesunięciem wiązki lub przesunięciem fazowym.
Zastosowanie metamateriałów spowodowałoby dalszą miniaturyzację elementów elektronicznych, a także uczynienie obwodów i anten bardziej selektywnymi lub nieprzepuszczalnymi dla różnych pasm z zakresu EM. Przykładem jednego zastosowania dokładniejszego poziomu kontroli fal elektromagnetycznych może być technologia globalnego systemu pozycjonowania (GPS), która mogłaby przesyłać lub blokować bardziej precyzyjny sygnał pozycjonowania niż jest to obecnie możliwe w wojskowych środowiskach celowania i zagłuszania. Ta zwiększona zdolność jest możliwa dzięki temu, że metamateriały elektromagnetyczne są sztucznie ukształtowaną formą materiału, która zarówno oddziałuje na otaczające fale elektromagnetyczne, jak i je kontroluje, czyniąc z nich zarówno nadajniki, jak i odbiorniki.
Rodzaje metamateriałów, które wykazują te właściwości, mają cechy strukturalne opracowane w skali angstremu lub o wielkości około jednej dziesiątej nanometra. Wymaga to wspólnych wysiłków kilku dziedzin nauki w celu budowy takich materiałów, w tym fizyki, chemii i inżynierii w nanotechnologii i materiałoznawstwie. Złoto, srebro i metale miedzi, a także plazmy i kryształy fotoniczne są materiałami stosowanymi do budowy takich elektromagnetycznych metamateriałów, a wraz z postępem nauki zastosowania metamateriałów znajdują coraz większe zastosowanie w dziedzinie optyki. Uważa się, że takie metamateriały mogą generować formę pola niewidzialności elektromagnetycznej, w której światło widzialne może być wygięte wokół nich, aby ukryć ich obecność.