Nowatorski metamateriał optyczny można zastosować do stworzenia prawdziwego szkła jednokierunkowego – czy stanie się rzeczywistością?
Po dziesięcioleciach fizycznego teoretyzowania naukowcom udało się stworzyć nowatorski metamateriał optyczny przy użyciu konwencjonalnych materiałów. Jego wzmocniony efekt elektromagnetyczny może sprawić, że prawdziwe szkło jednokierunkowe stanie się rzeczywistością, a panele słoneczne będą bardziej wydajne.
Może Cię zaciekawić też: „Płytka dystansowa” może zastąpić tradycyjne obiektywy aparatu
Reakcja tradycyjnego materiału na pola elektryczne i magnetyczne – a co za tym idzie – na światło – zależy od atomów. Jednakże w metamateriałach optycznych atomy są zastępowane metaatomami, które można poddać inżynierii strukturalnej tak, aby posiadały właściwości rzadko spotykane w przyrodzie, co umożliwia projektowanie wytwarzające unikalne reakcje elektromagnetyczne i umożliwiające precyzyjną manipulację światłem w nanoskali.
Możliwość kontrolowania i manipulowania światłem w nanoskali otwiera wiele zastosowań metamateriałów w różnych dziedzinach. Teraz naukowcy z Uniwersytetu Aalto w Finlandii stworzyli nowy metamateriał optyczny, który może sprawić, że prawdziwe szkło jednokierunkowe stanie się rzeczywistością.
W swojej najbardziej ogólnej formie efekt magnetoelektryczny (ME) oznacza sprzężenie między właściwościami magnetycznymi i elektrycznymi materiału. Chociaż wpływ namagnesowania na tradycyjne materiały przy częstotliwościach optycznych jest znikomy, można go wzmocnić za pomocą metamateriałów, w których namagnesowanie może być indukowane przez składową elektryczną światła, a polaryzacja może być generowana przez składową magnetyczną.
Poprzednie badania wykazały, że magnetyzm jest silny przy częstotliwościach mikrofalowych, powodując wyraźne efekty ME w tym zakresie widmowym. Pomimo dwóch dekad teoretyzowania, aż do teraz trudno było stworzyć metamateriał, który działałby poza tym zakresem.
Nowy metamateriał opiera się na niewzajemnym efekcie magnetoelektrycznym (NME). Nie wdając się w szczegóły fizyczne, efekt NME sugeruje, że właściwości magnetyzacyjne i polaryzacyjne materiału są powiązane z różnymi składnikami światła lub innych fal elektromagnetycznych.
„Jak dotąd efekt NME nie doprowadził do realistycznych zastosowań przemysłowych” – powiedział Shadi Safaei Jazi, główny autor badania. „Większość proponowanych podejść sprawdziłaby się tylko w przypadku mikrofal, a nie światła widzialnego, a ponadto nie można ich wytworzyć przy użyciu dostępnej technologii”.
Naukowcom udało się pokonać te problemy, korzystając z istniejących technologii i technik nanofabrykacji, aby stworzyć trójwymiarowy optyczny metamateriał NME, którego poszczególne metaatomy wykonane z konwencjonalnych materiałów, kobaltu i krzemu, spontanicznie się namagnesowują.
Nowatorski metamateriał toruje drogę zastosowaniom, które w przeciwnym razie wymagałyby do działania silnego zewnętrznego pola magnetycznego, takich jak prawdziwe szkło jednokierunkowe. Obecne tak zwane szkło „jednokierunkowe” jest w rzeczywistości półprzezroczyste i przepuszcza światło w obu kierunkach. Działa jak szkło jednokierunkowe, gdy występuje różnica w jasności pomiędzy obiema stronami. Jednakże szkło jednokierunkowe oparte na NME nie wymagałoby takiej różnicy jasności, ponieważ światło mogłoby przechodzić przez nie tylko w jednym kierunku.
„Wyobraź sobie, że masz okno z tą szybą w swoim domu, biurze lub samochodzie” – powiedziała Safaei. „Niezależnie od jasności na zewnątrz, ludzie nie byliby w stanie zobaczyć niczego w środku, a ty cieszyłbyś się doskonałym widokiem z okna.
Metamateriał może również zwiększyć wydajność ogniw słonecznych poprzez blokowanie emisji ciepła, które istniejące ogniwa emitują z powrotem w kierunku słońca, zmniejszając ilość przechwytywanej przez nie energii.
Badanie opublikowano w czasopiśmie Nature Communications.
➔ Obserwuj nas w Google News, aby być na bieżąco!
źródło: Uniwersytet Aalto | New Atlas
zdjęcie wykorzystane we wpisie pochodzi z Depositphotos
Od 2005 roku zajmuję się komunikacją internetową i e-marketingiem, jestem pasjonatem urządzeń mobilnych oraz nowych technologii – i nie waham się ich używać.