Vad är en Metamaterial?

October 29

En metamaterial är ett material med speciella egenskaper som härrör från dess struktur snarare än dess kemiska sammansättning. Den mest kända metamaterial är material med negativt brytningsindex, vilket innebär att de gör lätta böj "på fel sätt" - det vill säga betydligt mer än något material med en positiv brytningsindex.

Alla material som finns i naturen har en positiv brytningsindex. Negativa brytningsindex material har tillämpningar inom "superlenses" - speciella linser med potential att lösa funktioner mindre än våglängden för synligt ljus, och eventuella osynlighetsmantlar som styr synligt ljus smidigt runt ett objekt snarare än att absorbera eller reflektera det konventionellt. Dessa material kan också användas i plasmonik, en exotisk nytt område av datorer som utnyttjar densitet vågor i laddningsbärare för beräkningar.

De flesta metamaterial används för tillämpningar som avser elektromagnetism och optik, såsom balk steerers, modulatorer, bandpassfilter, linser, etc. De upprepade galler av cellulära komponenter, med en cellstorlek ungefär lika stora som våglängden av elektromagnetisk strålning de försöker att arbeta med. Så en metamaterial som syftar till att omdirigera mikrovågor skulle få celler i millimeterområdet, medan en metamaterial avsett för optik tillämpningar skulle ha mycket mindre celler, runt 380 nm - 780 nm.

Metamaterial är ofta förknippade med nanoteknik eftersom de små upprepade cellstrukturer som används för optik applikationer mäts i nanometer. Skapa metamaterial kan kräva nya tillverkningsmetoder, som möjliggörs endast genom nanoteknik. Som nanoteknik skrider under de kommande decennierna kommer det att låsa upp nya metamaterial och sänka sina kostnader.

Det finns minst en känd naturlig metamaterial (men inga naturliga metamaterial med negativt brytningsindex): opal. Opal består av kristobalit, en hög temperatur polymorf av kvarts och tridymit produceras i vulkanutbrott. Den resulterande materialet består av ett stort antal små mineralceller som ständigt tumlande i förhållande till ett annat, skapa makroskala effekten av en vacker visning av flera färger, framförallt en lysande blå.