«Оцифровка» упростит проектирование метаматериалов с нужными свойствами

Особая композитная структура метаматериалов позволяет им проявлять необычные свойства, которые могут найти применение в плоских объективах, средствах оптической невидимости и других казалось бы невозможных устройствах.

Но определение структуры и состава метаматериала, требующихся для достижения таких свойств, представляет собой неординарную задачу.

Помочь упростить ее обещает новое исследование, выполненное в Пенсильванском университете (Penn State) и анонсированное на обложке декабрьского выпуска журнала Nature. Оно демонстрирует, как метаматериал с нужной диэлектрической проницаемостью можно сконструировать из двух материалов (метаматериальных битов), у одного из которых эта характеристика положительна, а у другого отрицательна. При этом итогом не обязательно будет какая-то промежуточная величина. Сочетая в определенной пространственной конфигурации компоненты с проницаемостью 2 и −4 можно получить, например, 30.

По аналогии с двоичными вычислениями, «биты» могут образовывать «байты». Авторы рассматривают в своей статье вариант такого «байта» в виде наноцилиндра с одним «битом», обернутым вокруг другого.

Варьируя размеры центра и оболочки, либо меняя местами образующие их «биты», ученые математически продемонстрировали возможность создания таким образом объемных метаматериалов с практически любой диэлектрической проницаемостью. Также было показано, что комбинируя множество этих «битов» можно получать плоские линзы, гиперлинзы и волноводы.

«При оцифровке сигнала его амплитуда представляется серией величин для дискретных моментов времени. Мы применили тот же процесс к материалам, и определяем в каждой точке объема значение проницаемости, необходимое для обеспечения требуемых функций», — заявил Надер Энгета (Nader Engheta), профессор электро- и системотехники в Penn State.

В целях упрощения исследователи моделировали «биты», состоящие из серебра и стекла, но они подчеркивают, что все выводы применимы к любой паре материалов с отрицательной и положительной проницаемостью. Это обеспечивает достаточную гибкость при конструировании, так как позволяет подбирать нужные пары с учетом их других (температурных, прочностных и пр.) свойств.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365