Imagen infrarroja de un metadispositivo compuesto de dióxido de vanadio con malla estampada en oro. (Arriba) Dispositivo sin corriente eléctrica que muestra la fuente de alimentación cortada del patrón y reflectante. (Medio) Dispositivo con 2.03 amperios de corriente. La fuente de alimentación y el fondo ahora parecen iguales, la fuente de alimentación se ha desvanecido en un segundo plano. (Abajo) Dispositivo con 2,20 amperios de corriente. El fondo ahora es reflectante mientras que la fuente de alimentación no lo es. Crédito:Douglas Werner / Penn State
Una corriente eléctrica no solo calentará un metamaterial híbrido, pero también lo activará para que cambie de estado y se desvanezca en el fondo como un camaleón en lo que puede ser la prueba de concepto del primer dispositivo de metamaterial controlable, o metadispositivo, según un equipo de ingenieros.
"Los metamateriales anteriores se centraban principalmente en ocultar objetos para que fueran invisibles en la radiofrecuencia u otras frecuencias específicas, "dijo Douglas H. Werner, John L. y Genevieve H. McCain Catedrático de ingeniería eléctrica, Penn State. "Aquí no estamos tratando de hacer desaparecer algo, pero para que se mezcle con el fondo como un camaleón y estamos trabajando en longitudes de onda ópticas, específicamente en el infrarrojo ".
Los metamateriales son sintéticos, materiales compuestos que poseen cualidades que no se ven en materiales naturales. Estos compuestos obtienen su funcionalidad por su estructura interna más que por su composición química. Los metamateriales existentes tienen propiedades electromagnéticas o acústicas inusuales. Los metadispositivos toman metamateriales y hacen algo de interés o valor como lo hace cualquier dispositivo.
"La clave de este metamaterial y metadispositivo es el dióxido de vanadio, un cristal de cambio de fase con una transición de fase que se activa por las temperaturas creadas por una corriente eléctrica, "dijo Lei Kang, investigador asociado en ingeniería eléctrica, Penn State.
Imagen de microscopio electrónico de barrido de una malla con patrón dorado utilizada en el metadispositivo. (A) es la parte superior del recorte en forma de U. (B) es una mirada ampliada a la malla desde la misma área. Crédito:Douglas Werner / Penn State
El metamaterial está compuesto por una capa base de oro lo suficientemente gruesa como para que la luz no pueda atravesarlo. Una fina capa de dióxido de aluminio separa el oro de la capa activa de dióxido de vanadio. Otra capa de dióxido de aluminio separa el vanadio de una capa con patrón dorado que está unida a una fuente eléctrica externa. La geometría de la pantalla de malla estampada controla el rango de longitud de onda funcional. La cantidad de corriente que fluye a través del dispositivo controla el efecto de calentamiento Joule, el calentamiento debido a la resistencia.
"El metadispositivo propuesto integrado con materiales de transición novedosos representa un gran paso adelante al proporcionar un enfoque universal para crear sistemas nanofotónicos autosuficientes y altamente versátiles, ", dijeron los investigadores en la edición de hoy (27 de octubre) de Comunicaciones de la naturaleza .
Como prueba de concepto, los investigadores crearon un dispositivo de .035 pulgadas por .02 pulgadas y cortaron las letras PSU en la capa de malla dorada para que se mostrara el dióxido de vanadio. Los investigadores fotografiaron el dispositivo utilizando una cámara infrarroja de 2,67 micrones. Sin que fluya ninguna corriente a través del dispositivo, la fuente de alimentación se destaca por ser altamente reflectante. Con una corriente de 2.03 amperios, la fuente de alimentación pasa a un segundo plano y se vuelve invisible, mientras que a 2,20 amperios, la fuente de alimentación es claramente visible pero el fondo se ha vuelto muy reflectante.
La respuesta del dióxido de vanadio se puede sintonizar alterando la corriente que fluye a través del dispositivo. Según los investigadores, El dióxido de vanadio puede cambiar de estado muy rápidamente y es la configuración del dispositivo la que limita la sintonización.
