Iki šiol metamedžiagų tyrimai koncentravosi į kūrimą tokių medžiagų, kurios galėtų maskuoti objektus, pavyzdžiui, padaryti, kad jie taptų nematomi mikrobangų, radijo ar kitų specifinių elektromagnetinių bangų dažnių diapazonuose.
Tačiau ši kartą Pensilvanijos universiteto mokslininkams pavyko sukurti kitokią metamedžiagą – įvairiasluoksnį „sumuštinį“, kuris ne maskuoja kitus objektus, bet pats keičia savo optines savybes infraraudonųjų spindulių srityje, pavyzdžiui, kaip chameleonas, gali susilieti su fonu.
Metamedžiagos yra dirbtinės kompozicinės medžiagos, turinčios savybių, nebūdingų natūralioms medžiagoms. Metamedžiagos paprastai kuriamos iš metalų ir plastikų, iš jų formuojant erdvines struktūras, mažesnes, nei jas veikiančių bangų ilgis. Tokių medžiagų savybes ima lemti ne jų cheminė sudėtis, bet dirbtinai suformuotos vidinės struktūros – jų dydis, forma, orientacija. Jau praktiškai pagamintos metamedžiagos turi neįprastų elektromagnetinių arba akustinių savybių, pavyzdžiui, gali visiškai sugerti tam tikrų dažnių elektromagnetines ar garso bangas, jas neįprastai išlenkti ar nukreipti kita kryptimi.
Metaįrenginiai – tai iš metamedžiagų pagaminti įvairūs prietaisai, galintys atlikti tam tikras funkcijas, kokių dažniausiai nesugeba iš įprastinių medžiagų pagaminti prietaisai .
Naujai sukurto valdomo metamedžiagos įrenginio pagrindinė medžiaga – vanadžio dioksidas, kurio kristalai, veikiami šilumos, gali pakeisti fazę.
Sumuštinio“ pagrindas – plona auksinė plėvelė, ant kurios užgarintas aliuminio dioksido sluoksnis atskiria auksą nuo aktyviojo sluoksnio – vanadžio dioksido. Dar vienas aliuminio dioksido sluoksnis atskiria vanadžio dioksidą nuo ant paviršiaus suformuoto aukso tinklelio, kurio tankis lemia, kokiame elektromagnetinių bangų diapazone įrenginys gali veikti.
Tinkleliu leidžiama ir elektros srovė, keičianti vanadžio oksido temperatūrą.
Elektros srovė ne tik šildo hibridinę metamedžiagą, bet taip pat priverčia ją pakeisti kristalinę būseną ir tuo pačiu – savo optines savybes.
Skenuojančio elektroninio mikroskopo padarytas vaizdas: matomas auksinis tinklelis, suformuotas metaįrenginio paviršiuje. A – tuščias plotas – tai tinklelyje išpjautos U raidės dalis (A). B- padidinta ta pati tinklelio dalis. Iliustr.: Douglas Werner / Penn State
Autorių teigimu, tai gali būti pirmasis valdomo metamedžiagos įrenginio koncepcijos įrodymas.
Tyrėjai sukūrė ir praktiškai veikiantį prietaisą – 0,2 x 0,1 milimetrų dydžio „sumuštinį“ su aukso tinklelyje išpjautomis raidėmis PSU – pro jas jau matosi vanadžio dioksido sluoksnis, ir keisdami per tinklelį leidžiamos srovės stiprumą, fotografavo plokštelę infraraudonųjų spindulių 2,67 mikronų diapazone.
Srovei netekant, raidės PSU buvo ryškiai matomos – gerai atspindėjo infraraudonąsias bangas. Srovei esant lygiai 2,03 ampero, ir tinkleliui (taigi, ir vanadžio dioksidui) kiek įkaitus, raidės susiliejo su fonu ir tapo beveik nematomos. Dar kiek padidėjus temperatūrai, tekant 2,20 amperų srovei, raidės PSU vėl tapo matomomis, nes pasikeitė fonas – jis ėmė daug smarkiau atspindėti.
Tokio praktiškai veikiančio metaįrenginio, naudojančio vanadžio dioksidą ar kitas savo kristalinę būseną galinčias pakeisti ir nesudėtingai valdomas medžiagas, sukūrimas yra svarbus žingsnis į priekį, teikiantis galimybes sukurti gana paprastas ir labai universalus nanofotonines sistemas, teigia šio tyrimo autoriai straipsnyje, paskelbtame „Nature Communications“ žurnale.
Daugiau:
Metamedžiagos naudoja šviesą savo judėjimo kontrolei
Sukurtas perspektyvių savybių puslaidininkinis nanokompozitas
Naujai sukurtas “apsiaustas” paslepia po vandeniu esančius objektus nuo hidrolokatorių
Tyrėjai kuria antimagnetinį apsiaustą
Mažinimo įrenginys kuria idealias iliuzijas
Tyrėjai sukūrė pirmąjį trimatį nematomąjį apsiaustą
Ar gali objektas judėti vandenyje nepalikdamas jokio pėdsako?
Sukurta ypatingų šviesos sugerties savybių metamedžiaga