Los metamateriales ofrecen la posibilidad muy real de que nuestras fantasías más extravagantes algún día puedan volverse reales como rocas. Desde capas de invisibilidad y lentes perfectas hasta baterías inmensamente potentes, sus aplicaciones de súper potencia tientan la imaginación. Dicho eso, hasta ahora "tentan""ha sido la palabra clave, a pesar de que los científicos han estado estudiando metamateriales durante más de 15 años".
"No se han desarrollado muchos dispositivos metamateriales reales", dice Elena Semouchkina, profesora asociada de ingeniería eléctrica en la Universidad Tecnológica de Michigan. Los soldados no pueden arrojarse capas de invisibilidad sobre sus hombros para eludir el fuego de francotiradores, y ninguna aplicación de lente perfecta te permitever virus con su teléfono inteligente. En parte, eso es porque tradicionalmente, los investigadores simplifican demasiado cómo funcionan realmente los metamateriales. Semouchkina dice que sus complicaciones a menudo han sido ignoradas.
Entonces, ella y su equipo se dedicaron a investigar esas complicaciones y descubrieron que la magia de los metamateriales es impulsada por más de un mecanismo de física. Un artículo que describe su investigación fue publicado recientemente en línea por el Revista de Física D: Física Aplicada .
¡Simple!
Los metamateriales pueden parecer complejos y futuristas, pero lo contrario está más cerca de la verdad, dice Semouchkina. Los metamateriales "meta" es la palabra griega para "más allá" son materiales diseñados que tienen propiedades que no se encuentran en la naturaleza.de múltiples elementos idénticos hechos de materiales convencionales, como metales o materiales no conductores. Piense en un cubo de Rubik hecho de millones de unidades más pequeñas que el grosor de un cabello humano.
Estos materiales de diseño funcionan doblando los caminos de la radiación electromagnética, desde las ondas de radio hasta la luz visible y los rayos gamma de alta energía, de formas nuevas y diferentes. Cómo los metamateriales doblan esos caminos, un proceso llamado refracción, impulsa susaplicaciones peculiares. Por ejemplo, una capa de invisibilidad metamaterial doblaría los caminos de las ondas de luz alrededor de un objeto envuelto, acelerándolos en su camino, y los reuniría en el otro lado. Por lo tanto, un espectador podría ver lo que estaba detrás del objeto, mientras queel objeto en sí sería invisible.
El enfoque convencional entre los investigadores de metamateriales ha sido relacionar las propiedades refractivas de un metamaterial con la resonancia. Cada pequeño bloque de construcción del metamaterial vibra como un diapasón a medida que pasa la radiación electromagnética, causando el tipo deseado de refracción.
Pero no es tan simple ...
Semouchkina se preguntó si podría haber factores adicionales involucrados en doblar los caminos de las olas.
"Los metamateriales parecen simples, pero su física es más complicada", dice, y explica que ella y su equipo se centraron en los metamateriales dieléctricos, que están construidos con elementos que no conducen la electricidad.
El equipo realizó numerosas simulaciones por computadora e hizo un descubrimiento sorprendente: fue la forma y la organización repetitiva de los bloques de construcción dentro del metamaterial, su periodicidad, lo que afectó la refracción. La resonancia parecía tener poco o nada que ver con eso.
Los metamateriales que estudiaron tenían características de otro tipo de material artificial, los cristales fotónicos. Al igual que los metamateriales, los cristales fotónicos están formados por muchas células idénticas. Además, se comportan como los semiconductores utilizados en la electrónica, excepto que transmiten fotones en lugar de electrones.
"Descubrimos que las propiedades que acompañan a ser un cristal fotónico pueden enmascarar la resonancia de los metamateriales, hasta el punto de que pueden causar refracción inusual, incluida la refracción negativa, que es necesaria para el desarrollo de una lente perfecta", Semouchkinadice.
Volver a lo básico
Entonces, ¿qué significa esto para los científicos e ingenieros que diseñan los súper materiales del mañana?
"Básicamente, debemos reconocer que algunas de estas estructuras pueden exhibir propiedades de cristales fotónicos, y debemos tener en cuenta su física", dice Semouchkina. "Es un campo en evolución, y es mucho más complicado que nosotros"le he dado crédito ".
El equipo de Semouchkina está trabajando en el desarrollo de capas de invisibilidad utilizando cristales fotónicos, pero enfatiza que la investigación de metamateriales puede tener otras aplicaciones en el mundo real. Uno de sus proyectos se centra en el uso de conceptos metamateriales para mejorar la sensibilidad de la resonancia magnética MRI, quepodría conducir a mejores diagnósticos médicos y avances en la investigación biológica.
"Este es un resultado muy práctico, en comparación con las cosas de Harry Potter", dice ella.
Comprender la física subyacente de los metamateriales acelerará el desarrollo de dichos dispositivos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Michigan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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