Den første observation af metamaterialers superspredningseffekt

At gå ind i en usynlig døråbning for at fange et tog på King's Cross station i London er en berømt fiktiv scene fra Harry Potter-serien. I de seneste årtier har fysikere har forsøgt at frembringe en lignende effekt ved at fokusere deres forskningsindsats på illusionsudstyr.

Illusionsenheder er enheder, der kan ændre objekters optiske egenskaber, så de matcher andre virtuelle genstandes eller gøre dem tilsyneladende usynlige, frembringer en illusion. To almindelige typer illusionsenheder er super-scatterere og usynlige gateways. Den første er designet til at sprede lys og den anden til at sende lysstråler tilbage gennem en fysisk gateway.

Fra et teoretisk synspunkt, super-scatterere og usynlige gateways er hidtil primært blevet undersøgt i forbindelse med transformationsoptik og foldede geometritransformationer (dvs. det visuelle, illusorisk transformation af objekter til andre objekter). Eksperimentelt at realisere disse enheder, imidlertid, kræver brug af metamaterialer med specifikke egenskaber (f.eks. en negativ permittivitet og permeabilitet), som kan være svær at anvende i fremstillingsprocesser.

Forskere ved Nanjing University og Xiamen University i Kina har for nylig brugt et metamateriale med en samtidig negativ permittivitet og permeabilitet til at skabe en af ​​de første store super-scatterere. I deres papir, udgivet i Fysisk gennemgangsbreve , de demonstrerer denne enheds superspredningseffekt ved mikrobølgefrekvenser ved hjælp af field-mapping-teknologi.

"Den usynlige gateway baseret på en perfekt linse har kun ét kredsløbsbaseret eksperiment, "Huanyang Chen, en af ​​de forskere, der har udført undersøgelsen, fortalte Phys.org. "Vores motivation var at realisere en ægte usynlig gateway for elektromagnetiske bølger baseret på en tidligere udviklet teori. Vi var i stand til at færdiggøre denne enhed i laboratoriet af prof. Rui-Xin Wu, ti år efter, at vi begyndte at arbejde hen imod dette mål."

Fysikere havde tidligere ikke været i stand til at verificere standsning af bølgeudbredelse og andre superspredningseffekter i illusionsanordninger. For at demonstrere superspredningseffekten af ​​den store metamateriale superspredning indså de, Chen og hans kolleger brugte mikrobølgefeltkortlægningsteknologi.

"Denne teknologi gjorde det muligt for os direkte at observere bølgeudbredelsen i super-scattereren, "Prof. Wu, en anden forsker involveret i undersøgelsen, fortalte Phys.org. "Ved brug af mikrobølgefeltkortlægning, vi observerede bølgemønsteret for en stor metalgenstand, hvis størrelse er større end den virkelige størrelse af superscatttereren og den forbudte bølgeudbredelse i en stor gateway, der inkluderer en metamateriale super-scatterer."

Resultaterne indsamlet af dette hold af forskere bekræfter, at superspredning stammer fra excitation af overfladeplasmoner, en hypotese introduceret i tidligere artikler. Ud over, Chen, Prof. Wu og deres kolleger viste, at en usynlig gateway kunne stoppe elektromagnetiske bølger i en luftkanal med en bredde, der er meget bredere end afskæringsbredden af ​​den tilsvarende rektangulære bølgeleder.

Det nylige papir udgivet i Fysisk gennemgangsbreve giver den første direkte observation af superspredningseffekten i metamaterialer. Denne observation kunne i sidste ende inspirere til design af nye illusionsenheder baseret på et lignende design som det, forskerne har realiseret.

"Vores papir viser et reelt tilfælde af superspredning, dog kun for et smalt bånd af arbejdsfrekvenser, " sagde Chen. "Desuden, døråbningen kunne skiftes fra en normalt åben tilstand til en usynlig lukketilstand ved at indstille det påførte magnetfelt. Vores arbejde vil sandsynligvis inspirere til mere forskning i illusionsudstyr til mikrobølger. I øvrigt, i fremtiden, Det kan også være muligt at udvide konceptet til akustiske bølger eller endda havbølger."

© 2021 Science X Network