Digitalni metamaterijali mogu biti dizajnirani tako da prozvode negativan kut loma svjetlosti
photo credit:/ University of Pennsylvania
Metamaterijali su čovjekove tvorevine koje se u interakciji sa svjetlom i zvukom (i valovima općenito), ponašaju na nekonvencionalan način kakav ne nalazimo u prirodi. Istraživači govore o novom konceptu zvanom „digitalni metamaterijali” i obećavaju jednostavniji način dobivanja metamaterijala – već korištenih u razvoju nevidljivog plašta i superleća – koji nemaju ograničenja kakva posjeduju klasični materijali. Rad je objavljen ovog tjedna u časopisu Nature Materials.
„Ideja koja stoji iza ovog projekta je oponašanje interakcije atoma sa svjetlom, ali s umjetnim strukturama koje su mnogo manje od valne duljine same svjetlosti”, kaže Boris Kuhlmey sa sveučilišta Sidney. „Tako optička svojstva nisu više ograničena samo na ona koja ima sastavni materijal i mogu se dizajnirati gotovo proizvoljno.”
Kako će se metamaterijal ponašati, određuju svojstva sastavnica i raspored tih podjedinica. Cristian Della Giovampaola i Nader Engheta sada predlažu korištenje samo dviju podjedinica s obrnutim svojstvima. Nazvali su ih „metamaterijal bitovi” jer su poput nule i jedinice u binarnom kodu. Koristili su se komadićem silikona i srebra nano-veličine koji pri interakciji sa svjetlošću reagiraju na različite načine: jedan je izolator, drugi je metal.
Putem računalne simulacije stvorili su slojevitu strukturu koja tvori bajtove povećane funkcionalnosti i složenosti. Nakon „digitaliziranja” dobiveni materijal ima svoje vlastite jedinstvene osobine, različite od onih koje imaju njihove konstitutivne podjedinice.
Ideja o nevidljivom plaštu ovisi o manipulaciji svjetlosti, što podrazumijeva utjecaj elektroničkih sklopova na protok elektrona. Kad elektromagnetski valovi (poput svjetlosti) pogode objekt poput metala ili drva, oni će se raspršiti; zbog toga objekt možemo vidjeti. No, umjetni materijal kojim prekrijemo nekakav objekt iskrivit će val bez njegovog raspršivanja. Tada objekt ne bismo mogli vidjeti.
Mi stalno manipuliramo svjetlošću: kad se koristimo povećalom, primjerice, ono fokusira svjetlost i usmjerava je prema dolje na određenu točku, dok ogledala reflektiraju svjetlost i mijenjaju njezin smjer. Metamaterijali su sposobni za nešto mnogo sofisticiranije: oni savijaju svjetlost i manipuliraju njome na neuobičajen način.
Olovka koja viri iz čaše vode ne pojavljuje se u obliku ravne linije. Površina vode savija svjetlost koja putuje od olovke do promatrača, ali dio ispod vodene linije ima drugačiji kut loma od dijela koji je iznad vode. Metamaterijali, za razliku od prirodnih, mogu proizvesti negativan kut loma i preklapanje slike. U donjem videu koji opisuje metamaterijale, Engheta objašnjava razliku između dviju slika olovke u čaši.
Izvor: IFLScience
