16 Aralık 2023 (Nanowerk Gündemi19. yüzyılda parçacıklar tarafından ışık saçılımının ilk gözlemlerinden bu yana, ideal optik şeffaflığa ulaşmak, kalıcı ve büyük bir zorluk teşkil etti. Kayalar veya kristaller gibi doğal katı şeyler hafif zikzak yapma veya farklı yönlere yayılma eğilimindedir. Bunun nedeni, bu malzemelerin, elektrik geçirgenliği adı verilen benzersiz özellikleri nedeniyle, etraflarındaki havadan farklı şekilde ışıkla etkileşime girmeleridir. Elektrik geçirgenliği temel olarak bir malzemenin, ışık da dahil olmak üzere elektrik alanlarını ne kadar iyi 'iletebildiğini' gösterir. Şimdi araştırmacılar, iç polarizasyonunu ve mıknatıslanmasını tamamen nötrleştirerek neredeyse ideal optik şeffaflık sergileyen çığır açıcı bir meta atom tasarımı bildirdiler. Bulgular şu adreste yayınlandı: Gelişmiş malzemeler (“Yapay Tasarlanmış Meta-Atomlarla İdeale Yakın Şeffaflık”).
İdeal şeffaflık kavramı. a) Denizanasının deniz suyunda ve havada vücut kısımlarında şeffaflık ve görünürlük eş zamanlı olarak gerçekleşmiştir. b) Dış aydınlatma altında Rayleigh saçılımı. c) Yapay meta-atomların saçılımsız davranışı. (Wiley-VCH Verlag'ın izniyle yeniden basılmıştır) Nesnelerden saçılmayı ortadan kaldırmaya yönelik geçmiş girişimler sınırlı başarı elde etti. Plazmonik kaplamaların uygulanması, küresel parçacıkların yalnızca birkaç Mie saçılma katsayısını bastırabilir. Anakutup durumları, elektrik ve manyetik modların dikkatli müdahalesi yoluyla bazı basitleştirilmiş şekillerden saçılmayı azaltabilir. Ancak bu yaklaşımlar genel geometriler ve elektriksel olarak büyük yapılar için başarısız olmaktadır. Temel bir engel, doğal malzemelerin ikincil radyasyonu uyaracak ve ışığı dağıtacak şekilde dış polarizasyonlara doğası gereği tepki vermesidir. Buradaki en önemli yenilik, tüm aydınlatma açılarında vakum gibi etkili bir şekilde davranacak şekilde alt dalga boyu ölçeğinde yapay meta-atomların tasarlanmasında yatmaktadır. Tasarım, mıknatıslanmayı nötralize etmek için ek bloklarla bir dielektrik küp içine yerleştirilmiş metalik I-şekilli rezonatörlerin izotropik üç boyutlu düzenlemesini birleştiriyor. Bu özel iç unsurlar bir araya gelerek küpün doğal kutuplaşmasına karşı gelen tepkileri tetikler ve onu dağılmaz hale getirir. Tam dalga simülasyonları ve deneysel ölçümler, meta atomun ve bunların herhangi bir şekilde toplanmasının, ışığın bükülmesi gibi kırılma özelliklerini korurken şeffaf kaldığını doğrulamaktadır. Bu meta-atomları döşeyerek nesneler oluşturmak makroskobik vakumu taklit eder. metamalzemeler. Örneğin araştırmacılar, yönelimi ve polarizasyonu değiştirmesine rağmen 4x4x4'lük bir küp ve uçak kanadını andıran bir tabakadan ideale yakın bir şeffaflık elde ettiler. Bu tür mükemmel şekilde görünmez yapılar, radardan kaçan uçaklar, iletişim için rahatsız edici olmayan duvarlar ve optik filtreler veya lensler gibi yeni potansiyel uygulamaların kilidini açar. Önerilen meta-atom, yansımalar veya gölgeler olmadan kırınım ve dalga cephelerini manipüle etmeyi mümkün kılan bir yapı taşı görevi görür. Güvenilir saçılma önlemesi, sabit şekiller veya geliş açılarıyla sınırlı olan önceki girişimleri önemli ölçüde ilerletir.
Meta atomun yapısal konfigürasyonu. a) Dielektrik küp ve I şeklindeki metalik yapı. b) Dielektrik küpün, I yapısının ve anti-manyetik metalik blokların bileşimi. c) Meta-atomun son montajı. Meta malzemenin etkin geçirgenliği ve geçirgenliği üst panelde gösterilmektedir. Açıkça görülüyor ki εeff = e0 ve εeff = µ0 ∼2.0 GHz'de tatmin olurlar. (Wiley-VCH Verlag'ın izniyle yeniden basılmıştır) Gerçekleştirme, hem kavramsal strateji hem de uygulama açısından yeniliğe dayanmaktadır. Meta-atomun tasarlanması, kutuplaşma tepkilerinin üç boyutun tamamı aracılığıyla kapsamlı bir şekilde nötrleştirilmesini gerektirir. Rezonatörlerin ve anti-manyetik blokların spesifik geometrisi, keyfi dış uyarım altında karşılıklı olarak birbirini iptal eden zıt yönelimli elektrik ve manyetik dipolleri indükleyerek bunu başarır. Bu dalga boyu altı elemanların fiziksel olarak üretilmesi, çok büyük hassasiyet talepleri doğurur. Buradaki yapı, imalat sınırlamaları dahilinde amaçlanan yapıya yaklaşmak için paslanmaz çelik, gümüş kaplama, teflon ve polisülfon plastiği bir araya getiriyor. Ortaya çıkan meta materyal, simülasyonlarla karşılaştırıldığında biraz bozulmuş ancak yine de olağanüstü şeffaflık sergiliyor. Nanofabrikasyonda devam eden iyileştirmeler, metamalzemelerin tam potansiyelini daha da açığa çıkaracak. Bununla birlikte deneysel sonuçlar, yeni meta-atomun boş uzaydaki şeffaflık konusunda oyunun kurallarını değiştiren kapasitesini başarıyla doğruluyor. Kusurlara rağmen, üretilmiş meta atom yığınları, saçılma izlerini en aza indirme konusunda teflon gibi geleneksel dielektrik maddelerden açıkça daha iyi performans gösteriyor. Bu, meta atomların herhangi bir konfigürasyonunun esasen elektromanyetik olarak vakumla aynı şekilde davrandığını gösteren simülasyonları doğrulamaktadır. Gösterilen konsept elektromanyetik spektruma yayılarak optik şeffaflık için evrensel bir strateji sunuyor. İncelenen metalik kalıntılara benzer tepkiler veren dielektrik rezonatörler, bu bulguları görünür ışığa ve iletişim frekanslarına çevirebilir. Nano ölçekte gerçekleştirilebilirse, bu tür metamateryaller sonunda geniş bant görünmezlik pelerinleri üretebilir. Mevcut gerçekleşme hala elektrik ve manyetik rezonansları hizalayan bir çalışma frekansı gerektiriyor. Titizlikle tasarlanmış meta atomlar yoluyla özelleştirilebilir şeffaflığın bu çığır açıcı gösterimi, ışık yayılımını dinamik olarak kontrol etmek için önemli bir kilometre taşını temsil ediyor. Teknikler, mükemmel lensler, distorsiyonsuz görüntüleme sistemleri ve havacılık, biyotıp, yapay zeka ve iletişim alanlarında büyük potansiyele sahip saçılmayı önleyen bariyerler gibi yeni optik cihazlar için olanaklar açıyor. Daha derin bir bilimsel düzeyde, doğal malzeme tepkilerini temelden etkisiz hale getirme yeteneği, normal sınırların ötesinde özelleştirilmiş etkileşimlerle üretilmiş yapılar oluşturmayı kavramsallaştırma şeklimizi kökten değiştirebilir. Nanofabrikasyon hassasiyeti geliştikçe, dinamik olarak tasarlanmış meta malzemeler, ışık akışını isteğe göre tamamen yönlendiren geniş bant görünmezlik pelerinleri gibi yetenekleri ortaya çıkarabilir. Optikte süregelen büyük bir zorluğun üstesinden gelen bu araştırma, elektromanyetik dalgaların insanın hayal gücüne göre durmaksızın şekillendirilmesinde yeni bir çağın sinyalini veriyor.
İdeal şeffaflık kavramı. a) Denizanasının deniz suyunda ve havada vücut kısımlarında şeffaflık ve görünürlük eş zamanlı olarak gerçekleşmiştir. b) Dış aydınlatma altında Rayleigh saçılımı. c) Yapay meta-atomların saçılımsız davranışı. (Wiley-VCH Verlag'ın izniyle yeniden basılmıştır) Nesnelerden saçılmayı ortadan kaldırmaya yönelik geçmiş girişimler sınırlı başarı elde etti. Plazmonik kaplamaların uygulanması, küresel parçacıkların yalnızca birkaç Mie saçılma katsayısını bastırabilir. Anakutup durumları, elektrik ve manyetik modların dikkatli müdahalesi yoluyla bazı basitleştirilmiş şekillerden saçılmayı azaltabilir. Ancak bu yaklaşımlar genel geometriler ve elektriksel olarak büyük yapılar için başarısız olmaktadır. Temel bir engel, doğal malzemelerin ikincil radyasyonu uyaracak ve ışığı dağıtacak şekilde dış polarizasyonlara doğası gereği tepki vermesidir. Buradaki en önemli yenilik, tüm aydınlatma açılarında vakum gibi etkili bir şekilde davranacak şekilde alt dalga boyu ölçeğinde yapay meta-atomların tasarlanmasında yatmaktadır. Tasarım, mıknatıslanmayı nötralize etmek için ek bloklarla bir dielektrik küp içine yerleştirilmiş metalik I-şekilli rezonatörlerin izotropik üç boyutlu düzenlemesini birleştiriyor. Bu özel iç unsurlar bir araya gelerek küpün doğal kutuplaşmasına karşı gelen tepkileri tetikler ve onu dağılmaz hale getirir. Tam dalga simülasyonları ve deneysel ölçümler, meta atomun ve bunların herhangi bir şekilde toplanmasının, ışığın bükülmesi gibi kırılma özelliklerini korurken şeffaf kaldığını doğrulamaktadır. Bu meta-atomları döşeyerek nesneler oluşturmak makroskobik vakumu taklit eder. metamalzemeler. Örneğin araştırmacılar, yönelimi ve polarizasyonu değiştirmesine rağmen 4x4x4'lük bir küp ve uçak kanadını andıran bir tabakadan ideale yakın bir şeffaflık elde ettiler. Bu tür mükemmel şekilde görünmez yapılar, radardan kaçan uçaklar, iletişim için rahatsız edici olmayan duvarlar ve optik filtreler veya lensler gibi yeni potansiyel uygulamaların kilidini açar. Önerilen meta-atom, yansımalar veya gölgeler olmadan kırınım ve dalga cephelerini manipüle etmeyi mümkün kılan bir yapı taşı görevi görür. Güvenilir saçılma önlemesi, sabit şekiller veya geliş açılarıyla sınırlı olan önceki girişimleri önemli ölçüde ilerletir.
Meta atomun yapısal konfigürasyonu. a) Dielektrik küp ve I şeklindeki metalik yapı. b) Dielektrik küpün, I yapısının ve anti-manyetik metalik blokların bileşimi. c) Meta-atomun son montajı. Meta malzemenin etkin geçirgenliği ve geçirgenliği üst panelde gösterilmektedir. Açıkça görülüyor ki εeff = e0 ve εeff = µ0 ∼2.0 GHz'de tatmin olurlar. (Wiley-VCH Verlag'ın izniyle yeniden basılmıştır) Gerçekleştirme, hem kavramsal strateji hem de uygulama açısından yeniliğe dayanmaktadır. Meta-atomun tasarlanması, kutuplaşma tepkilerinin üç boyutun tamamı aracılığıyla kapsamlı bir şekilde nötrleştirilmesini gerektirir. Rezonatörlerin ve anti-manyetik blokların spesifik geometrisi, keyfi dış uyarım altında karşılıklı olarak birbirini iptal eden zıt yönelimli elektrik ve manyetik dipolleri indükleyerek bunu başarır. Bu dalga boyu altı elemanların fiziksel olarak üretilmesi, çok büyük hassasiyet talepleri doğurur. Buradaki yapı, imalat sınırlamaları dahilinde amaçlanan yapıya yaklaşmak için paslanmaz çelik, gümüş kaplama, teflon ve polisülfon plastiği bir araya getiriyor. Ortaya çıkan meta materyal, simülasyonlarla karşılaştırıldığında biraz bozulmuş ancak yine de olağanüstü şeffaflık sergiliyor. Nanofabrikasyonda devam eden iyileştirmeler, metamalzemelerin tam potansiyelini daha da açığa çıkaracak. Bununla birlikte deneysel sonuçlar, yeni meta-atomun boş uzaydaki şeffaflık konusunda oyunun kurallarını değiştiren kapasitesini başarıyla doğruluyor. Kusurlara rağmen, üretilmiş meta atom yığınları, saçılma izlerini en aza indirme konusunda teflon gibi geleneksel dielektrik maddelerden açıkça daha iyi performans gösteriyor. Bu, meta atomların herhangi bir konfigürasyonunun esasen elektromanyetik olarak vakumla aynı şekilde davrandığını gösteren simülasyonları doğrulamaktadır. Gösterilen konsept elektromanyetik spektruma yayılarak optik şeffaflık için evrensel bir strateji sunuyor. İncelenen metalik kalıntılara benzer tepkiler veren dielektrik rezonatörler, bu bulguları görünür ışığa ve iletişim frekanslarına çevirebilir. Nano ölçekte gerçekleştirilebilirse, bu tür metamateryaller sonunda geniş bant görünmezlik pelerinleri üretebilir. Mevcut gerçekleşme hala elektrik ve manyetik rezonansları hizalayan bir çalışma frekansı gerektiriyor. Titizlikle tasarlanmış meta atomlar yoluyla özelleştirilebilir şeffaflığın bu çığır açıcı gösterimi, ışık yayılımını dinamik olarak kontrol etmek için önemli bir kilometre taşını temsil ediyor. Teknikler, mükemmel lensler, distorsiyonsuz görüntüleme sistemleri ve havacılık, biyotıp, yapay zeka ve iletişim alanlarında büyük potansiyele sahip saçılmayı önleyen bariyerler gibi yeni optik cihazlar için olanaklar açıyor. Daha derin bir bilimsel düzeyde, doğal malzeme tepkilerini temelden etkisiz hale getirme yeteneği, normal sınırların ötesinde özelleştirilmiş etkileşimlerle üretilmiş yapılar oluşturmayı kavramsallaştırma şeklimizi kökten değiştirebilir. Nanofabrikasyon hassasiyeti geliştikçe, dinamik olarak tasarlanmış meta malzemeler, ışık akışını isteğe göre tamamen yönlendiren geniş bant görünmezlik pelerinleri gibi yetenekleri ortaya çıkarabilir. Optikte süregelen büyük bir zorluğun üstesinden gelen bu araştırma, elektromanyetik dalgaların insanın hayal gücüne göre durmaksızın şekillendirilmesinde yeni bir çağın sinyalini veriyor.
– Michael, Royal Society of Chemistry tarafından yazılan üç kitabın yazarıdır:
Nano-Toplum: Teknolojinin Sınırlarını Zorlamak,
Nanoteknoloji: Gelecek Küçük, ve
Nano-mühendislik: Teknolojiyi Görünmez Yapan Beceri ve Araçlar
Telif Hakkı ©
Nanowerk LLC
Spotlight konuk yazarı olun! Geniş ve büyüyen grubumuza katılın konuk katkıda bulunanlar. Nanoteknoloji topluluğuyla paylaşmak için bilimsel bir makale yayınladınız mı veya başka heyecan verici gelişmeleriniz mi var? Nanowerk.com'da nasıl yayınlayacağınız burada.
- SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
- PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
- PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
- PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
- PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
- Kaynak: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64272.php
