Intelligente metamaterialer opfører sig som elektrostatiske kamæleoner

En kamæleon kan fleksibelt ændre sin farve, så den matcher omgivelserne. Og et lignende fænomen kan nu ses i en ny klasse af smarte materialer kaldet metamaterialer. Problemet er, at disse metamaterialer mangler evnen til at reagere på nærliggende objekter på grund af deres fysiske egenskaber. For at afhjælpe denne mangel, Kinesiske fysikere har udviklet såkaldte 'metashells':hule skaller lavet af metamaterialer og i stand til at bære materialer i deres kerne. Fordelen er, at deres fysiske egenskaber, såsom permittivitet - i hvilket omfang et materiale kan lagre ladning inden for et elektrisk felt - ændrer sig med de elektromagnetiske egenskaber for det materiale, de indeholder. I en nylig teoretisk undersøgelse offentliggjort i The European Physical Journal B , Liujun Xu og Jiping Huang fra Fudan University i Shanghai, Kina, beskrive, hvordan de har udviklet en hel klasse af disse kamæleon-lignende metashells.

Metamaterialer er kendt for deres negative brydningsindeks, både for elektromagnetiske bølger og andre bølgefænomener som lydbølger. Et negativt indeks kan ændre retningen for indgående bølger dramatisk og endda 'bøje dem væk'. Men permittiviteten af ​​de nuværende metamaterialer - som, sammen med permeabilitet, bestemmer deres brydningsindeks - er en statisk egenskab, hvilket betyder, at de ikke tilpasser sig deres omgivelser. Metashells kan hjælpe med at ændre det.

Begge fysikere beregnede omhyggeligt metashells effektive egenskaber, og formåede at gøre disse egenskaber lig med de af materialet, der er lagret inde i deres kerne. Som resultat, metashells bliver adaptive. Forfatterne udførte teoretiske analyser, som yderligere valideres ved simuleringer.

Disse intelligente metashells kan blive et universelt materiale til at opfylde forskellige krav til permittivitet under forskellige betingelser. De næste faser vil fokusere på eksperimentel forskning, og til industrielle applikationer.