Innovation

Forskare uppfinner 'osynligt' metamaterial med bonusreflekteringsläge

Forskare uppfinner 'osynligt' metamaterial med bonusreflekteringsläge


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Ett internationellt forskargrupp har föreslagit att man skapar ett nytt metamaterial med justerbara optiska egenskaper - utan behov av mekanisk (eller manuell) ingång - vilket kan förbättra optisk enhets tillförlitlighet samtidigt som tillverkningskostnaderna sänks, enligt en omslagsartikel publicerad i tidskriften.Optica.

RELATERADE: INVISIBILITETSKLÄDER förväntas vara mer än bara filmstöd

'Osynligt' metamaterial i horisonten

Påskyndad utveckling inom fysik och materialvetenskap under de senaste decennierna har gett samhället ett brett spektrum av tillgängliga material. Men nu är de som utformar komplexa enheter mindre begränsade av gränserna för traditionella material som metaller, glas, trä eller mineraler. Det är här metamaterial - studerade vid ITMO University och på andra håll - öppnar nya möjligheter för nya användningsområden.

Bestående av komplexa periodiska strukturer är metamaterial relativt oberoende av egenskaperna hos deras konstitutiva komponenter och kan ha volymetriska eller plana strukturer. De senare kallas metasurfaces.

"Metasurfaces tillåter oss att uppnå många intressanta effekter vid manipulation av ljus", säger seniorforskare vid ITMO-universitetets institution för fysik och teknik Ivan Sinev, tillOptik. "Men dessa metasurfaces har en fråga: hur de interagerar med ljus bestäms just i det ögonblick när vi utformar deras struktur. När vi skapar enheter för praktisk användning vill vi kunna kontrollera dessa egenskaper inte bara från början utan under använd också. "

Smide nya 'metasurfaces'

Samtidigt som de söker material som är lämpliga för adaptiva optiska enheter använder ITMO University-forskare sin stora erfarenhet av att arbeta med kiselmetasytor för att gå samman med sina kollegor vid University of Exeter i Storbritannien - som också har mycket erfarenhet av att arbeta med fasförändringsmaterial. Ett sådant material är germanium antimon telluride (GeSbTe) förening som finns i DVD-skivor.

"Vi har gjort beräkningar för att se hur det här nya kompositmaterialet skulle se ut", säger Pavel Trofimov, doktorand vid avdelningarna för fysik och teknik, till Optica. "Vi har inkluderat GeSbTe inbäddat som ett skikt mellan två lager kisel. Det är en slags smörgås: först täcker vi ett tomt substrat med kisel, lägger sedan på ett lager av fasförändringsmaterial och sedan lite mer kisel. "

Efter detta använder forskare en metod för e-strålelitografi för att konvertera den nyligen skiktade strukturen till en metayta. Slutligen blev det en uppsättning mikroskopiska skivor för att testas i laboratoriet - för att se hur bra det manipulerar ljus.

Fasförändring: osynlig ordning, kaotisk reflektion

Precis som forskarna förväntade sig, skapade kombinationen av två material i en komplex periodisk struktur en viktig funktion: den nymodiga ytans transparensnivå kan ändras under hela experimentet. Detta beror på en kiselskiva i det nära infraröda området med två optiska resonanser - som låter den kraftigt reflektera infraröda strålar pekade på dess yta. Skiktet av GeSbTe ger forskare möjlighet att "stänga av" en av de två resonanserna, vilket gör skivan nästan transparent för ljus i den nära-infraröda delen av spektrumet.

Material som kan fasförändras har två tillstånd: det ena är kristallint och involverar molekyler ordnade i en ordnad struktur, medan det andra är ett amorft tillstånd. När GeSbTe-skiktet i mitten av metamaterialet är anordnat i ett kristallint tillstånd försvinner den andra resonansen - när den är amorf, reflekterar skivan IR-strålar.

"För att växla mellan de två metasurytillstånden har vi använt en tillräckligt kraftfull pulslaser," sa Pavel Trofimov tillOptik. "Genom att fokusera lasern på vår skiva kan vi utföra omkopplingen relativt snabbt. En kort laserpuls värmer upp GeSbTe-skiktet nästan till smältpunkten, varefter det snabbt svalnar och blir amorft. Om vi ​​utsätter det för en serie korta pulser svalnar den långsammare och sätter sig i ett kristallint tillstånd. "

De nya metasurface-egenskaperna öppnar upp för en mängd olika applikationer. Mest intressant är skapandet av lidars - enheter som skannar ett utrymme via avgivande av infraröda pulser och sedan tar emot reflekterade strålar. Principen för detta metamaterials skapande kan också främja produktionen av speciella ultratunna fotografiska linser, som de vi alla använder i smarttelefonkameror.

Eftersom materialvetenskapen fortsätter att samla genombrott kan den expanderande världen av avancerad elektronik - från smarttelefoner till avancerad militär hårdvara - ta sina första steg i en stor industriell revolution.


Titta på videon: Metamaterial Mechanisms UIST16 (November 2022).