Nýtt metaefni til að stjórna vélrænum bylgjum

Í metaefnum sem þekkt eru hingað til er fyrirbærið neikvætt ljósbrot samhverft, þ.e. það gerir ekki greinarmun á jákvæðu og neikvæðu innfallshorni bylgjunnar. Hópur vísindamanna undir forystu Alessandro Pitanti og Simone Zanotto frá Nanosciences Institute (Cnr-Nano) hefur uppgötvað að það er hægt að brjóta þessa samhverfu með því að búa til nýstárlegt metaefni sem er vélrænt stressað með tíðni á GHz sviðinu.

Rannsóknin, sem birt var í Nature Communications, táknar framfarir í getu til að vinna með hátíðni vélrænni bylgjur og gæti stuðlað að þróun nútímatækni sem byggir á GHz nanótækni.

Metaefni

Metaefni eru efni með gervi uppbyggingu, samsett úr örþáttum af sérstökum lögun, svo sem til að veita nýja eiginleika sem ekki eru til í venjulegum efnum. Sérstaklega eru metaefni áhugaverð til að stjórna og meðhöndla rafsegulbylgjur og hljóðbylgjur. Cnr-Nano vísindamennirnir, í samvinnu við samstarfsmenn frá Istituto officina dei materiali (Cnr-Iom) og Paul Drude stofnuninni, hafa hannað nýtt metaefni sem gangast undir bylgjubrotsfyrirbæri sem aldrei hefur sést áður, sem heitir „neikvætt“. ósamhverft ljósbrot“.

Metaefni og rafsegulbylgjur

Þegar þær komast inn í sérskipuð metaefni verða rafsegulbylgjur, hljóðbylgjur og vélrænar bylgjur undir ákveðnu „fráviki“ sem kallast neikvætt ljósbrot. Metaefnin sem þekkt eru hingað til eru samhverf, þ.e. þau gera ekki greinarmun á jákvæðu og neikvæðu innfallshorni. Í nýja efninu, sem rannsakendur hafa hannað, er þessi samhverfa rofin, eins og Simone Zanotto útskýrir: „Þegar bylgja slær á frumefni skáhallt heldur hún áfram inn í það, sveigist í átt að sömu hlið sem hún kom frá. Þetta er neikvætt ljósbrot. Metaefnið sem við höfum þróað sýnir enn framandi hegðun: það er fær um að sveigja bylgjuna á mismunandi vegu eftir því hvaða hlið hún kemur. Bylgjur brotna neikvætt þegar þær koma frá annarri hliðinni og venjulega þegar þær koma frá hinni."

Ósamhverft neikvætt ljósbrot

Rannsakendur fengu ósamhverfa neikvæða ljósbrotið með því að nýta frekar einfalda uppbyggingu efnisins, sem samanstendur af röð L-laga örhola sem grafið er á lag af gallíumarseníði.

Til að búa til metaefnið var háþróuð nanóframleiðandi tækni notuð á Nest rannsóknarstofum Cnr-Nano og Scuola Normale og byrjaði á efni framleitt af Giorgio Biasiol hjá Cnr-Iom. Sýnið var síðan prófað með vélrænum bylgjum af rannsóknarhópi Paulo Santos (Paul Drude Institute) sem hefur alþjóðlega viðurkennda sérfræðiþekkingu í hátíðni vélrænum mælingum á kerfum í föstu formi. Þökk sé endanlegum frumefnahermunum sem Alessandro Pitanti framkvæmdi var hægt að túlka niðurstöður og ósamhverfa hegðun ljósbrots.

Há tíðni

Valið um að starfa á háum tíðnum með bylgjum af stærðargráðunni GHz er frekari nýjung, sem og töluverð tæknileg áskorun. „Þetta er svið sem er enn lítið kannað, en hefur algeran áhuga og mikilvægi í geirum eins og 4G og 5G tækni sem og fyrir skammtasamskiptakerfi sem eru að koma upp,“ útskýrir Zanotto. „Notkun hátíðnivélrænna resonators til að útfæra varmavélræna skynjara fyrir innrauða geisla er einnig fyrirsjáanleg í framtíðinni“.

"Niðurstaðan er mikilvægt skref í átt að fullkominni stjórn á vélrænum bylgjum, þar sem hún gerir okkur kleift að greina td bylgjur sem koma frá vinstri frá þeim sem koma frá hægri" "Almennt er hægt að nota þessa niðurstöðu fyrir lágar bylgjur tíðnivélfræði,“ heldur Simone Zanotto áfram, „Í grundvallaratriðum, með einfaldri „endurskala“ á metaefninu, getur það fundið notkun, til dæmis, jafnvel í frávikum skjálftabylgna til að vernda byggingar“. „Annar sjóndeildarhringur er að innlima skammtagjafa/skynjara - á þessu stigi gætu kerfin okkar gegnt mikilvægu hlutverki í framtíðarkerfum fyrir skammtatölvun og samskipti.

semja BlogInnovazione.it

​