Let programmerbar vejledning af jævnstrømsfelter i laplaciske metadeenheder

For at muliggøre negativ brydning og relaterede optiske illusioner, metamaterialer er kunstigt konstrueret med unikke egenskaber, der skyldes deres indre fysiske strukturer, frem for deres kemiske sammensætning. Konceptet krediteres et eksperiment udført af den sovjetiske videnskabsmand Victor Veselago i 1968 for at vise, at negativt brydende materialer (i modsætning til det typisk observerede positive brydningsindeks) for at skabe et negativt indeks 'superlens' kunne opnås, når både elektrisk permittivitet (ε ) og magnetisk permeabilitet (µ) af et materiale var negativ. Treogtredive år efter det konceptuelle forslag, fysikeren John Pendrys banebrydende arbejde muliggjorde udviklingen af ​​metamaterialer som Veselago forestillede sig - et sammensat materiale med negativt brydningsindeks, der giver stærkt forbedret opløsning.

Det nye materialevidenskabelige paradigme blev kaldt "metamaterialer, "fra det græske ord metamorfose for at betegne en tilstandsændring. Metamaterialeforskere søger at konstruere nye materialer fra kunstige objekter med egenskaber ud over det konventionelle. Årtier senere, arbejdet fortsætter med at tiltrække ny interesse på grund af fremskridt inden for metamaterialer, som inkluderer metadevices, der er logiske forlængelser af begrebet udnyttelse af funktionaliteter, der er iboende i metamaterialerammen. Feltet er påfaldende skredet frem i de seneste år fra transformationsoptik til manipulation af elektromagnetiske egenskaber og fremkaldelse af gennemsigtighed for at skabe usynlighedskapper, skaber enorm opmærksomhed, mens du bevæger dig mod tunable, omskiftelig, ikke -lineære og sansende funktioner.

I praksis, de fotoniske enheder har brede implikationer med potentiale til at imødekomme stigende krav om hurtigere informationsoverførsel ved at fjerne flaskehalsen af ​​fiberbaserede optiske telekommunikationsnetværk, og endda muliggøre militær camouflage. Opgaverne kan udføres med stærke, hurtige ikke -lineariteter til at skifte lys med lys, og forbedret kontrol af metamaterialers elektromagnetiske egenskaber med eksterne stimuli såsom elektriske signaler. Skriver nu ind Videnskabelige rapporter , Cheng-Wei Qiu og kolleger har udviklet en eksperimentel metode til at inkorporere flere funktioner i en passiv metapost (Laplacian DC) metadevice ved hjælp af lysbelysning uden fysisk kontakt.

For at demonstrere beviset på konceptet, forskerteamet fremstillede et netværk, hvor måledataene stemte usædvanligt godt med de teoretiske forudsigelser og simuleringsresultater. Forsøget blev muliggjort ved en analogi mellem elektrisk ledende materialer og modstandsnetværk. Forskerne søgte at designe, fremstille og teste en metadevice ved hjælp af kredsløbsteorien. Evnen til at manipulere stabile strømme ved at kontrollere anisotropiske konduktiviteter har mange potentielle anvendelser; fokus i undersøgelsen var at udtænke let programmerbar tilsløring, fuld illusion og delvis illusion for at muliggøre camouflage. Den foreslåede ordning kan åbne nye veje til ikke-kontakt multifysisk kontrol af funktioner for alle former for laplaciske felter, herunder magnetiske DC -felter og termiske felter.

Som en simpel demonstration af det foreslåede teoretiske koncept, forskerne eksperimenterede realistisk en metadevice ved hjælp af et modstandsnetværk bestående af otte modstande, kan indstilles gennem lysbelysning, til fjernbetjening uden kontakt. Under den eksperimentelle verifikation, Han et al., brugte kommercielle metalfilmmodstande parallelt med lysafhængige modstande for at opnå den optisk kontrollerede ydelse. Som reference fremstillede de også en DC -kappe, uden indbyggede fotoresistorer. Den eksperimentelle opsætning brugte en jævnstrømforsyning med 5 V størrelse som kilde, og spændingen blev målt ved hjælp af et 4,5-cifret multimeter. Da spændingsfordelingen blev simuleret for reference DC -kappen, de potentielle fordelinger uden for kappen genoprettes nøjagtigt til dem i det homogene rum, at gøre enhedens centrale komponent usynlig for den eksterne observatør. Tilsvarende det målte resultat for den fremstillede reference DC -kappe viste fremragende kappeeffekt i god overensstemmelse med dens simulering.

Lignende resultater blev observeret for udførelsen af ​​den foreslåede lysstyrede metadeenhed, viser fremragende overensstemmelse mellem eksperimentet og simuleringen. Af design, metadelen forventedes at fungere som en illusionsenhed i stærkt feltlys (omdanne en egentlig opfattelse til en vilkårligt forudstyret opfattelse) og blive usynlig i mørkt felt (eksperimentelt opnået ved hjælp af et uigennemsigtigt materiale til at dække enheden). Metadelen var i stand til at skifte mellem tilsløring og illusion, inden for en responstid på 0,2 sekunder, baseret på lysbelysning.

Ud over, forfatterne var i stand til at demonstrere delvis illusion, da en del af metadelen blev udsat for lyse felter, hvor de numeriske simuleringer og måledata igen var i god overensstemmelse, at demonstrere den foreslåede ordnings kontrollerbare og fleksible ejendom. I undersøgelsen, simuleringerne var baseret på finite element metoden (FEM). Alle modstande var kommercielle metalfilmmodstande med en nøjagtighed på 1 procent med lysfølsomme modstande parallelt for at realisere den foreslåede lysstyrede metadevice af kredsløbsteorien. Ideen kan udvides til andre felter, der styres af Laplaces ligning, herunder magnetiske og termiske felter.

© 2018 Phys.org