Investigadores de la Universidad de Duke han construido el primer metamaterial dinámicamente sintonizable para controlar ondas electromagnéticas. El enfoque podría formar la base de tecnologías que van desde escáneres de seguridad mejorados hasta nuevos tipos de pantallas visuales.

Los resultados aparecen el 9 de abril en la revista Materiales avanzados .

Un metamaterial es un material artificial que manipula ondas como la luz y el sonido a través de las propiedades de su estructura en lugar de su química. Los investigadores pueden diseñar estos materiales para que tengan propiedades raras o antinaturales, como la capacidad de absorber rangos específicos del espectro electromagnético o de doblar la luz hacia atrás.

"Estos materiales se componen de una cuadrícula de unidades independientes que se pueden ajustar individualmente, "dijo Willie Padilla, profesor de ingeniería eléctrica e informática en Duke. "Cuando una ola atraviesa la superficie, el metamaterial puede controlar la amplitud y la fase en cada ubicación de la cuadrícula, lo que nos permite manipular la onda de muchas formas diferentes ".

En la nueva tecnología, cada ubicación de la cuadrícula contiene un pequeño cilindro de silicio de solo 50 micrones de alto y 120 micrones de ancho, con los cilindros separados 170 micrones entre sí. Si bien el silicio no es normalmente un material conductor, los investigadores bombardean los cilindros con una frecuencia de luz específica en un proceso llamado fotodopaje. Esto imbuye al material típicamente aislante con propiedades metálicas al excitar electrones en las superficies de los cilindros.

Estos electrones recién liberados hacen que los cilindros interactúen con las ondas electromagnéticas que los atraviesan. El tamaño de los cilindros dicta las frecuencias de luz con las que pueden interactuar, mientras que el ángulo del fotodopado afecta la forma en que manipulan las ondas electromagnéticas. Al diseñar intencionalmente estos detalles, el metamaterial puede controlar las ondas electromagnéticas de muchas formas diferentes.

Para este estudio, los cilindros fueron dimensionados para interactuar con ondas de terahercios, una banda del espectro electromagnético que se encuentra entre las microondas y la luz infrarroja. Controlar esta longitud de onda de luz podría mejorar las comunicaciones de banda ancha entre satélites o conducir a una tecnología de seguridad que pueda escanear fácilmente a través de la ropa. El enfoque también podría adaptarse a otras bandas del espectro electromagnético, como luz infrarroja o visible, simplemente escalando el tamaño de los cilindros.

"Estamos demostrando un nuevo campo en el que podemos controlar dinámicamente cada punto de la metasuperficie ajustando cómo se fotodopan, ", Dijo Padilla." Podemos crear cualquier tipo de patrón que queramos, permitiéndonos crear lentes o dispositivos de dirección de haz, por ejemplo. Y como están controlados por rayos de luz, pueden cambiar muy rápido con muy poca potencia ".

Mientras que los metamateriales existentes controlan las ondas electromagnéticas a través de sus propiedades eléctricas, la nueva tecnología también puede manipularlos a través de sus propiedades magnéticas.

"Esto permite que cada cilindro no solo influya en la ola entrante, pero la interacción entre cilindros vecinos, "dijo Kebin Fan, científico investigador del laboratorio de Padilla y primer autor del artículo. "Esto le da al metamaterial mucha más versatilidad, como la capacidad de controlar las ondas que viajan a través de la superficie del metamaterial en lugar de a través de él ".

"Estamos más interesados ​​en la demostración básica de la física detrás de esta tecnología, pero tiene algunas características destacadas que lo hacen atractivo para los dispositivos, "Dijo Padilla.

"Porque no está hecho de metal, no se derretirá que puede ser un problema para algunas aplicaciones, ", dijo." Tiene control de sublongitud de onda, lo que te da más libertad y versatilidad. También es posible reconfigurar cómo el metamaterial afecta las ondas entrantes de manera extremadamente rápida, que tiene a nuestro grupo planeando explorar su uso para la holografía dinámica ".