Jakie są różne zastosowania metamateriałów?

Metamateriały to materiały laboratoryjne, które mogą zginać fale elektromagnetyczne w przeciwieństwie do innych substancji występujących w naturze. Ich aspektem jest to, że takie materiały mogą zginać wiązki światła w przeciwnym kierunku, właściwość zwaną ujemnym współczynnikiem załamania światła. Ponieważ różne typy metamateriałów są tworzone za pomocą komputerów w celu symulacji i budowy struktury w nanoskali, realizowanych jest więcej zastosowań metamateriałów. Można je wykorzystać do wykonania zminiaturyzowanych anten i systemów łączności; precyzyjne systemy obrazowania w produkcji, obronie i medycynie; a także do zastosowań wojskowych i kosmicznych. Teoretycznie maskowano także metamateriał, aby zginać światło wokół obiektu, czyniąc go niewidocznym.

Koncepcja tych materiałów opiera się na oddziaływaniu fal elektromagnetycznych przez interakcje z atomami i cząsteczkami w przyrodzie. W skali submikroskopowej określone materiały mogą być zmieniane, aby wpływać na zachowanie tych fal, dopóki nie będą działać w sposób, w jaki normalnie nie działają. Utworzono obiekty o ułamku wielkości fali świetlnej, co umożliwia manipulowanie falami elektromagnetycznymi w różnych zastosowaniach. Jednym z zastosowań metamateriałów jest ich zastosowanie w antenach, które można wytrawiać na płytkach drukowanych i zajmować bardzo mało miejsca. Możliwe są zatem miniaturowe urządzenia wykorzystujące anteny, a także mniejsze obwody kontrolujące częstotliwości szerokopasmowe i przesunięcie fazowe w elektronice.

Metamateriały można również stosować w systemach obrazowania, które działają w rozdzielczościach większych niż granice wielkości fali światła. Zastosowania metamateriałów w tych przypadkach wahają się od zwiększenia gęstości małych elementów elektronicznych do precyzyjnych systemów obrazowania medycznego, a także urządzeń kontrolnych do produkcji. Meta-powierzchnie zbudowane z materiałów zmieniających fale elektromagnetyczne są zorganizowane, dzięki czemu niewielka geometria wpływa na ruch fal. Substancje, z którymi są zbudowane, nie mają tak dużego wpływu.

Systemy antenowe i elektronika komunikacyjna w satelitach mogą również zawierać metamateriały. Rozmiar ładunku jest zminimalizowany, co ułatwia wystrzelenie mniejszego satelity, a jego zaprojektowanie i zbudowanie jest tańsze. Zastosowania metamateriałów obejmują również mniejszy sprzęt bezpieczeństwa i urządzenia używane przez wojsko. Naukowcy zastosowali nawet metamateriały do ​​teorii maskowania lub zginania światła, aby obiekt stał się niewidoczny. Do tej pory, od 2011 roku, inżynierowie byli w stanie zamaskować jedną długość fali na raz, ale opracowali teorię dotyczącą zastosowań metamateriałów w celu poprawy wydajności urządzeń bezprzewodowych, pamięci i soczewek optycznych.