РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Не тяните резину: Тяните метаматериалы!

Метаматериалы на эластичной основе имеют настраиваемый рабочий диапазон частот, что расширяет их возможную область применения – от химических детекторов до инфракрасного камуфляжа.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Метаматериалы сделали возможным появление разнообразных устройств, которые на первый взгляд могут показаться фантастическими: «плащей-невидимок», чрезвычайно чувствительных датчиков, покрытий для солнечных элементов с высокой поглощающей способностью, линз для микроскопов ультра-высокого разрешения...

Метаматериалы взаимодействуют с электромагнитными волнами — в том числе видимого диапазона — позволяя решать задачи, недоступные большинству природных материалов. Однако они (за редким исключением) могут работать в очень ограниченном диапазоне длин волн, что делает их непрактичными — кому нужен плащ-невидимка, обладатель которого «исчезает» только при зеленом освещении?

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Исследователи из Калифорнийского технологического института (Caltech) разработали оптический фильтр на основе метаматериала, который способен менять рабочую длину волны при механическом растяжении. Настраиваемые метаматериалы, которые могут работать в широком диапазоне длин волн, могут быть использованы для создания фотоэлектрических элементов, меняющих свои свойства в зависимости от погодных условий для поддержания высокой эффективности, защитных очков, которые реагируют на слепящие блики или, например, устройств для обработки оптических сигналов на высокоскоростных каналах связи.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Вместо того чтобы изготавливать метаматериалы на жесткой основе, исследователи из Caltech нанесли множество серебряных резонаторов на эластичную полимерную пленку. Эти резонаторы «замыкаются» при воздействии определенной длины волны и служат фильтром для излучения в этом диапазоне. Каждый резонатор выполнен в форме соседствующих букв «С» и «I», причем расстояние между ними (около 50 нм в тестовом образце) определяет длину волны, на которой возникает резонанс.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Исследователи во главе с Гарри Атуотером (Harry Atwater), профессором прикладной физики и материаловедения, выяснили, что можно растянуть полимерную подложку на 50%, увеличивая расстояния между двумя элементами резонаторов, а геометрические размеры самих серебряных фрагментов меняться при этом не будут. Это позволило динамически изменять резонансную длину волны в достаточно широких пределах. Правда, вся «рабочая полоса» устройства умещается внутри инфракрасного спектра, но по сравнению с другими метаматериалами — достигнут действительно широкий диапазон рабочих частот.

Несомненным плюсом технологии является то, что она позволяет регулировать резонансную длину волны простыми механическими средствами. Растяжение проще и эффективнее методов, предложенных ранее, считают авторы работы, опубликованной в журнале Nano Letters. В частности, обсуждались «активные» метаматериалы, настраиваемые с использованием электрического напряжения или облучения лазером, но все эти подходы требуют высоких энергозатрат и лишь незначительно меняют свойства метаматериала.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Механическое растяжение гораздо проще контролировать. Стивен Каммер (Steven Cummer), работающий над метаматериалами для микроволнового диапазона, отмечает, что использование Атуотером гибких материалов наталкивает на мысли о новых областях применения его разработок. Например, инфракрасный камуфляж, делающий людей и объекты незаметными для приборов ночного видения. «Как только технология вплотную подойдет к применению на практике, кому-нибудь гибкий метаматериал обязательно понадобится», — говорит Каммер.

Идея механической настройки, скорее всего, может оказаться полезной для широкого спектра метаматериалов, а не только для резонаторов, с которыми работал Атуотер.

Чтобы продемонстрировать возможности настраиваемых метаматериалов, группа Атуотера сконструировала простейший химический детектор. Он определяет, присутствует ли в образце тип углерод-водородных связей, соответствующий некоторой длине волны в спектре излучения. На данном этапе этот прибор — всего лишь доказательство работоспособности концепции, но может оказаться и первым шагом к созданию высокочувствительных датчиков, которые можно вручную настроить на выявление различных химических веществ.

Загрузка статьи...