La investigación de metamateriales desafía los límites fundamentales de la fotónica

Los investigadores de Cornell proponen un nuevo método para modificar las propiedades de absorción y refracción de los metamateriales en tiempo real, y sus resultados abren nuevas e interesantes oportunidades para controlar, en el tiempo y el espacio, la propagación y dispersión de ondas para aplicaciones en diferentes áreas de la física y la ingeniería de ondas. .

Investigación publicada en la revista Visual, “Causalidad espectral y dispersión de ondas”, fue escrito por los estudiantes de doctorado Zaki Hiran y Obo Chin, MS ’19, junto con su asesor, Francesco Montecon, profesor asociado en la Escuela de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Facultad de Ingeniería.

El trabajo teórico tiene como objetivo ampliar las capacidades de material sobrenatural absorber o romper Ondas electromagnéticas. La investigación anterior se limitaba a modular la absorción o la refracción, pero Monticone Research Group ahora ha demostrado que si ambos rasgos se modifican en tiempo real, la eficacia del metamaterial puede aumentar considerablemente.

Estos metamateriales modificados temporalmente, a veces denominados «metamateriales crono», pueden abrir oportunidades inexploradas y permitir avances tecnológicos en electromagnetismo y fotónica.

“Lo que mostramos es que si modifica ambas propiedades a tiempo, puede absorber ondas electromagnéticas de manera mucho más eficiente que una estructura estática, o en una estructura donde puede modificar individualmente uno de esos dos grados de libertad”, dijo Monticon. . «

Los resultados pueden conducir al desarrollo de nuevos metamateriales con propiedades de absorción y dispersión de ondas que superan con creces lo que está disponible actualmente. Por ejemplo, un absorbente de banda ancha debe ser más grueso que un cierto valor para ser efectivo, pero el grosor del material limitará las aplicaciones de diseño.

«Para reducir el espesor y aumentar el ancho de banda de un absorbente de este tipo, debe superar las limitaciones de los materiales convencionales», dijo Hiran. «Una forma de eludir estas limitaciones es modificando temporalmente la estructura».

El objetivo del Grupo Monticone es abrir nuevas áreas de investigación para producir aplicaciones prácticas de mayor eficiencia.

“Lo que estamos tratando de hacer no son cambios incrementales en la tecnología”, dijo Monticon. «Queremos cambios disruptivos. Eso es realmente lo que nos motiva. Entonces, ¿cómo podemos hacer una gran mejora en la tecnología, no solo una mejora incremental? Para hacer eso, a menudo hay que volver a lo básico».

La nueva investigación está ampliando los límites de la absorción de ondas electromagnéticas utilizando otro grado de libertad, la modulación a lo largo del tiempo, algo que no se suele hacer en el campo, pero que ahora está recibiendo un mayor interés en la investigación.

Con una nueva base teórica en su lugar, la implementación experimental de modificaciones temporales de este tipo es un desafío para futuras investigaciones. El experimento de física primero necesitará diseñar un mecanismo para controlar la modulación de las cualidades absorbentes y refractivas del material a lo largo del tiempo, que puede incluir rayos láser o componentes de microondas.

Las ideas tienen implicaciones directas para muchas aplicaciones, como la absorción de radar de banda ancha, el encubrimiento temporal y el encubrimiento. Las aplicaciones también pueden extenderse a otras áreas de la física de las olas, como la acústica y la dinámica elástica.

«Nuestros hallazgos, y los emocionantes hallazgos de otros investigadores que trabajan en el campo, resaltan las muchas oportunidades que ofrecen los metamateriales variables en el tiempo para el electromagnetismo y la fotónica clásicos y cuánticos», dijo Monticon.