Metamaterialenhed tillader kamæleon-lignende adfærd i det infrarøde

Infrarødt billede af metadevice sammensat af vanadiumdioxid med guldmønstret maske. (Øverst) Enhed uden elektrisk strøm, der viser PSU'en skåret fra mønsteret og reflekterer. (Mellem) Enhed med 2,03 ampere strøm. PSU'en og baggrunden ser nu ens ud, PSU'en er falmet i baggrunden. (Nederst) Enhed med 2,20 ampere strøm. Baggrunden er nu reflekterende, mens PSU ikke er det. Kredit:Douglas Werner / Penn State

En elektrisk strøm vil ikke kun opvarme et hybridmetamateriale, men vil også udløse den til at ændre tilstand og falme i baggrunden som en kamæleon i det, der kan være proof-of-concept for den første kontrollerbare metamateriale, eller metadevice, ifølge et team af ingeniører.

"Tidligere metamaterialers arbejde fokuserede hovedsageligt på tilsløring af objekter, så de var usynlige i radiofrekvensen eller andre specifikke frekvenser, "sagde Douglas H. Werner, John L. og Genevieve H. McCain Formand Professor i elektroteknik, Penn State. "Her forsøger vi ikke at få noget til at forsvinde, men for at få det til at blande sig med baggrunden som en kamæleon, og vi arbejder i optiske bølgelængder, specifikt i den infrarøde. "

Metamaterialer er syntetiske, sammensatte materialer, der besidder kvaliteter, der ikke ses i naturlige materialer. Disse kompositter får deres funktionalitet af deres indre struktur frem for deres kemiske sammensætning. Eksisterende metamaterialer har usædvanlige elektromagnetiske eller akustiske egenskaber. Metadevices tager metamaterialer og gør noget af interesse eller værdi som enhver enhed gør.

"Nøglen til dette metamateriale og metadevice er vanadiumdioxid, en faseændringskrystal med en faseovergang, der udløses af temperaturer skabt af en elektrisk strøm, "sagde Lei Kang, forskningsassistent i elektroteknik, Penn State.

Scanning elektronmikroskop billede af guldmønstret maske, der bruges i metadevice. (A) er den øverste del af U -udskæringen. (B) er et forstørret kig på netværket fra det samme område. Kredit:Douglas Werner / Penn State

Metamaterialet består af et bundlag af guld, der er tykt nok til, at lys ikke kan passere igennem det. Et tyndt lag aluminiumdioxid adskiller guldet fra det aktive vanadiumdioxidlag. Et andet lag aluminiumdioxid adskiller vanadium fra et guldmønstret lag, der er fastgjort til en ekstern elektrisk kilde. Geometrien på den mønstrede mesh -skærm styrer det funktionelle bølgelængdeområde. Mængden af strøm, der strømmer gennem enheden, styrer Joule -varmeeffekten, opvarmningen på grund af modstand.

"Den foreslåede metadevice integreret med nye overgangsmaterialer repræsenterer et stort skridt fremad ved at tilbyde en universel tilgang til at skabe selvforsynende og meget alsidige nanofotoniske systemer, "sagde forskerne i dagens (27. oktober) udgave af Naturkommunikation .

Som et bevis på konceptet, forskerne oprettede en 0,035 tommer x 0,02 tommer enhed og skar bogstaverne PSU i guldmasken, så vanadiumdioxid viste sig. Forskerne fotograferede enheden ved hjælp af et infrarødt kamera på 2,67 mikron. Uden at der strømmer strøm gennem enheden, PSU'en skiller sig ud som stærkt reflekterende. Med en strøm på 2,03 ampere, PSU falmer i baggrunden og bliver usynlig, med 2,20 ampere, PSU'en er tydeligt synlig, men baggrunden er blevet meget reflekterende.

Vanadiumdioxidets respons kan indstilles ved at ændre strømmen, der strømmer gennem enheden. Ifølge forskerne, vanadiumdioxid kan ændre tilstand meget hurtigt, og det er enhedskonfigurationen, der begrænser tuningen.

Sidste artikelBubble nucleus opdaget

Næste artikelChok i det tidlige univers kan være påviselige i dag