Dos ingenieros de la Universidad de Pensilvania han propuesto la posibilidad de metamateriales bidimensionales. Estos metamateriales de un átomo de espesor podrían lograrse controlando la conductividad de las láminas de grafeno, que es una sola capa de átomos de carbono.
El profesor Nader Engheta y el estudiante de posgrado Ashkan Vakil, ambos del Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Sistemas de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Penn, publicó su investigación teórica en la revista Ciencias .
El estudio de los metamateriales es un campo interdisciplinario de la ciencia y la ingeniería que ha crecido considerablemente en los últimos años. Se basa en la idea de que los materiales pueden diseñarse de modo que sus cualidades de onda generales dependan no solo del material del que están hechos, sino también del patrón. forma y tamaño de las irregularidades, conocido como "inclusiones, "o" meta-moléculas "que están incrustadas en el medio huésped.
"Al diseñar las propiedades de las inclusiones, así como sus formas y densidad, logra en la propiedad a granel algo que puede ser inusual y no disponible en la naturaleza, "Dijo Engheta.
Estas propiedades inusuales generalmente tienen que ver con la manipulación de ondas electromagnéticas (EM) o acústicas; en este caso, son ondas EM en el espectro infrarrojo
Cambiando la forma La velocidad y la dirección de este tipo de ondas es un subcampo de metamateriales conocido como "óptica de transformación" y puede encontrar aplicaciones en todo, desde las telecomunicaciones hasta la generación de imágenes y el procesamiento de señales.
La investigación de Engheta y Vakil muestra cómo la óptica de transformación podría lograrse ahora usando grafeno, una red de carbono de un solo átomo de espesor.
Investigadores incluidos muchos en Penn, han dedicado un esfuerzo considerable a desarrollar nuevas formas de fabricar y manipular el grafeno, ya que su conductividad sin precedentes tendría muchas aplicaciones en el campo de la electrónica. El interés de Engheta y Vakil en el grafeno, sin embargo, se debe a su capacidad para transportar y guiar ondas electromagnéticas además de cargas eléctricas y al hecho de que su conductividad se puede alterar fácilmente.
Aplicando voltaje directo a una hoja de grafeno, por medio de una placa de tierra que corre paralela a la hoja, cambia la conductividad del grafeno a las ondas electromagnéticas. Variando el voltaje o la distancia entre la placa de tierra y el grafeno altera la conductividad, "como afinar una perilla, "Dijo Engheta.
"Esto le permite cambiar la conductividad de diferentes segmentos de una sola hoja de grafeno de manera diferente entre sí, ", dijo. Y si puedes hacer eso, puedes navegar y manipular una ola con esos segmentos. En otras palabras, puedes hacer la óptica de transformación usando grafeno ".
En este matrimonio entre grafeno y metamateriales, las diferentes regiones de conductividad en el efectivamente bidimensional, La hoja de un átomo de espesor funciona como las inclusiones físicas presentes en las versiones tridimensionales.
Los ejemplos que Engheta y Vakil han demostrado con modelos informáticos incluyen una hoja de grafeno con dos áreas que tienen conductividades diferentes, uno que pueda soportar una ola, y uno que no puede. El límite entre las dos áreas actúa como un muro, capaz de reflejar una onda EM guiada en el grafeno de forma muy similar a como se haría en un espacio tridimensional.
Otro ejemplo involucra tres regiones, uno que puede soportar una ola rodeado por dos que no pueden. Esto produce una "guía de ondas, "que funciona como un cable de fibra óptica de un átomo de espesor. Un tercer ejemplo se basa en la guía de ondas, agregando otra región sin soporte para dividir la guía de ondas en dos.
"Podemos 'domesticar' la ola para que se mueva y se doble como queramos, ", Dijo Engheta." En lugar de jugar con el límite entre dos medios, estamos pensando en cambios de conductividad en una sola hoja de grafeno ".
Otras aplicaciones incluyen lentes y la capacidad de realizar transformadas de Fourier "planas", un aspecto fundamental del procesamiento de señales que se encuentra en casi todas las piezas de tecnología con componentes de audio o visuales.
"Esto allanará el camino hacia los dispositivos ópticos más delgados imaginables, "Dijo Engheta." ¡No puedes tener nada más delgado que un átomo! "
