Een elektrische stroom verwarmt niet alleen een hybride metamateriaal, maar zal het ook activeren om van staat te veranderen en naar de achtergrond te verdwijnen als een kameleon in wat misschien het proof-of-concept is van het eerste bestuurbare metamateriaalapparaat, of metaapparaat, volgens een team van ingenieurs.

"Vroeger werk met metamaterialen was voornamelijk gericht op het verhullen van objecten, zodat ze onzichtbaar waren in de radiofrequentie of andere specifieke frequenties, " zei Douglas H. Werner, John L. en Genevieve H. McCain Voorzitter Hoogleraar elektrotechniek, Penn State. "Hier proberen we niet iets te laten verdwijnen, maar om het als een kameleon te laten opgaan in de achtergrond en we werken in optische golflengten, specifiek in het infrarood."

Metamaterialen zijn synthetisch, composietmaterialen die kwaliteiten bezitten die niet worden gezien in natuurlijke materialen. Deze composieten ontlenen hun functionaliteit aan hun interne structuur in plaats van aan hun chemische samenstelling. Bestaande metamaterialen hebben ongebruikelijke elektromagnetische of akoestische eigenschappen. Metadevices gebruiken metamaterialen en doen iets interessants of waardevols zoals elk ander apparaat.

"De sleutel tot dit metamateriaal en metadevice is vanadiumdioxide, een faseovergangskristal met een faseovergang die wordt geactiveerd door temperaturen gecreëerd door een elektrische stroom, " zei Lei Kang, onderzoeksmedewerker elektrotechniek, Penn State.

Het metamateriaal bestaat uit een basislaag van goud die dik genoeg is zodat er geen licht doorheen kan. Een dunne laag aluminiumdioxide scheidt het goud van de actieve vanadiumdioxidelaag. Een andere laag aluminiumdioxide scheidt het vanadium van een laag met goudpatroon die is bevestigd aan een externe elektrische bron. De geometrie van het patroongaasscherm regelt het functionele golflengtebereik. De hoeveelheid stroom die door het apparaat stroomt, regelt het Joule-verwarmingseffect, de verwarming door weerstand.

"De voorgestelde metadevice, geïntegreerd met nieuwe overgangsmaterialen, vertegenwoordigt een grote stap voorwaarts door een universele benadering te bieden voor het creëren van zelfvoorzienende en zeer veelzijdige nanofotonische systemen, " zeiden de onderzoekers in het nummer van vandaag (27 oktober) van: Natuurcommunicatie .

Als proof-of-concept, de onderzoekers creëerden een apparaat van .035 inch bij .02 inch en sneden de letters PSU in de gouden gaaslaag zodat het vanadiumdioxide zichtbaar werd. De onderzoekers fotografeerden het apparaat met een infraroodcamera op 2,67 micron. Zonder dat er stroom door het apparaat vloeit, de PSU onderscheidt zich als zeer reflecterend. Met een stroomsterkte van 2,03 ampère, de PSU verdwijnt naar de achtergrond en wordt onzichtbaar, terwijl bij 2,20 ampère, de PSU is duidelijk zichtbaar maar de achtergrond is sterk reflecterend geworden.

De respons van het vanadiumdioxide is afstembaar door de stroom die door het apparaat vloeit te veranderen. Volgens de onderzoekers is vanadiumdioxide kan zeer snel van toestand veranderen en het is de configuratie van het apparaat die de afstemming beperkt.