(l) Este es un dibujo del patrón absorbente de metamaterial. (r) Este es un patrón absorbente de metamaterial real. Crédito:Bossard, Penn State
Un material especialmente formado que puede proporcionar una absorción de banda ancha personalizada en el infrarrojo puede identificarse y fabricarse utilizando "algoritmos genéticos, "según los ingenieros de Penn State, que dicen que estos metamateriales pueden proteger los objetos de la vista mediante sensores infrarrojos, proteger los instrumentos y fabricarse para cubrir una variedad de longitudes de onda.
"El metamaterial tiene una alta absorción en un ancho de banda amplio, "dijo Jeremy A. Bossard, becario postdoctoral en ingeniería eléctrica. "Se han desarrollado otras pantallas para un ancho de banda estrecho, pero este es el primero que puede cubrir un ancho de banda de super-octava en el espectro infrarrojo ".
Tener un ancho de banda más amplio significa que un material puede proteger contra la radiación electromagnética en una amplia gama de longitudes de onda, haciendo que el material sea más útil. Los investigadores miraron la plata, oro y paladio, pero descubrió que el paladio proporciona una mejor cobertura de ancho de banda. Este nuevo metamaterial está hecho de capas sobre un sustrato o base de silicio. La primera capa es paladio, seguido de una capa de poliimida. Encima de esta capa de plástico hay una capa de pantalla de paladio. La pantalla ha elaborado recortes complicados (geometría de sublongitud de onda) que sirven para bloquear las distintas longitudes de onda. Una capa de poliimida cubre todo el absorbente.
"Siempre que el patrón correctamente diseñado en la pantalla sea mucho más pequeño que la longitud de onda, el material puede funcionar eficazmente como absorbente, "dijo Lan Lin, estudiante de posgrado en ingeniería eléctrica. "También puede absorber el 90 por ciento de la radiación infrarroja que llega a un ángulo de hasta 55 grados con respecto a la pantalla".
Se muestran las capas generales del absorbente de metamaterial. La capa negra es el sustrato, la capa verde sólida es paladio, capa azul transparente es poliimida, La capa verde rota es la capa estampada y la capa azul transparente es nuevamente poliimida para sellar y proteger. Crédito:Bossard, Penn State
Para diseñar la pantalla necesaria para este metamaterial, los investigadores utilizaron un algoritmo genético. Describieron el patrón de la pantalla mediante una serie de ceros y unos (un cromosoma) y dejaron que el algoritmo seleccionara patrones al azar para crear una población inicial de diseños candidatos. Luego, el algoritmo probó los patrones y eliminó todos menos los mejores. Luego, los mejores patrones se modificaron aleatoriamente para la segunda generación. Una vez más, el algoritmo descartó lo peor y mantuvo lo mejor. Después de varias generaciones, los buenos patrones cumplieron e incluso superaron los objetivos de diseño. En el camino se mantuvo el mejor patrón de cada generación. Informan sus resultados en una edición reciente de ACS Nano .
"No podríamos obtener una cobertura de ancho de banda de una octava sin el algoritmo genético, "dijo Bossard." En el pasado, los investigadores han intentado cubrir el ancho de banda utilizando múltiples capas, pero varias capas eran difíciles de fabricar y registrar correctamente ".
Este metamaterial evolucionado se puede fabricar fácilmente porque son simplemente capas de metal o plástico que no necesitan una alineación compleja. La tapa transparente de poliimida sirve para proteger la pantalla, pero también ayuda a reducir cualquier desajuste de impedancia que pueda ocurrir cuando la onda se mueve desde el aire hacia el dispositivo.
Este es un patrón general del absorbente de metamaterial. Crédito:Bossard, Penn State
"Los algoritmos genéticos se utilizan en electromagnetismo, pero estamos a la vanguardia en el uso de este método para diseñar metamateriales, "dijo Bossard.
