De eigenschappen van materialen kunnen zich op grappige manieren gedragen. Tweak één aspect om een ​​apparaat kleiner of minder lek te maken, bijvoorbeeld, en iets anders zou op een ongewenste manier kunnen veranderen, zodat ingenieurs een spel spelen van het balanceren van de ene eigenschap tegen de andere. Nu heeft een team van elektrotechnici van Penn State een manier om gelijktijdig diverse optische eigenschappen van diëlektrische golfgeleiders te regelen door een tweelaagse coating te gebruiken. elke laag met een dikte en gewicht van bijna nul.

"Stel je de waterkraan in je huis voor, dat een essentieel alledaags apparaat is, " zei Douglas H. Werner, John L. en Genevieve H. McCain leerstoel hoogleraar elektrotechniek. "Zonder leidingen om het water van de bron naar de kraan te voeren, het apparaat is waardeloos. Zo is het ook met 'golfgeleiders'. Ze dragen elektromagnetische of optische signalen van de bron naar het apparaat - een antenne of andere magnetron, millimetergolf- of terahertz-apparaat. Golfgeleiders zijn een essentieel onderdeel van elk elektromagnetisch of optisch systeem, maar ze worden vaak over het hoofd gezien omdat veel van de focus op de apparaten zelf lag en niet op de golfgeleiders."

Volgens Zhi Hao Jiang, voormalig postdoctoraal onderzoeker aan Penn State en nu professor aan de Southeast University, Nanking, China, Metasurface coatings stellen onderzoekers in staat om de diameter van golfgeleiders te verkleinen en de golfgeleidingseigenschappen te regelen met ongekende flexibiliteit.

De onderzoekers ontwikkelden een materiaal dat zo dun is dat het bijna 2-dimensionaal is, met kenmerken die de eigenschappen van de golfgeleider manipuleren en verbeteren.

Ze ontwikkelden en testten twee conforme coatings, één voor het geleiden van het signaal en één om de golfgeleider te camoufleren. Ze creëerden de coatings door de patronen op de oppervlakken oordeelkundig te manipuleren om nieuwe en transformerende golfgeleiderfunctionaliteit mogelijk te maken. De coatings worden aangebracht op een staafvormige, Teflon golfgeleider waarbij de geleidingslaag de Teflon raakt en de verhullende laag aan de buitenkant.

Deze quasi 2-dimensionale conforme coating die is geconfigureerd als een mantelmateriaal, kan het probleem van overspraak en blokkering oplossen. Diëlektrische golfgeleiders worden meestal niet afzonderlijk gebruikt, maar in bundels. Helaas, conventionele golfgeleiders lekken, waardoor het signaal van één golfgeleider interfereert met die in de buurt.

De onderzoekers noteren ook in het huidige (25 augustus) nummer van Natuurcommunicatie dat "de effectiviteit van de kunstmatige coating goed kan worden gehandhaafd voor golfgeleiderbochten door de dispersie-eigenschappen van de metasurface-eenheidscellen goed aan te passen." Hoewel de coating kan worden aangebracht in een bocht in de golfgeleider, de golfgeleider kan niet worden gebogen nadat de coating is aangebracht.

Door de eigenschappen van de golfgeleider te verbeteren om polarisatie en andere attributen zorgvuldig te regelen, kunnen de golfgeleiders kleiner zijn, en door overspraak te verminderen, kunnen deze kleinere golfgeleiders nauwer worden gebundeld. Kleinere golfgeleiders die nauwer gebundeld zijn, kunnen leiden tot meer miniaturisatie.

"In termen van toepassingen zijn dit onder meer millimetergolf/terahertz/infraroodsystemen voor detectie, communicatie, en beeldvorming die polarisatie moeten manipuleren, knijp signalen door golfgeleiders met een kleinere doorsnede, en/of een dichte inzet van onderling verbonden componenten vereisen, " zei Jiang.

Aan dit project werkte ook Lei Kang, onderzoeksmedewerker elektrotechniek, Penn State.