Om negatieve breking en gerelateerde optische illusies mogelijk te maken, metamaterialen zijn kunstmatig ontworpen met unieke eigenschappen die het gevolg zijn van hun interne fysieke structuren, in plaats van hun chemische samenstelling. Het concept wordt toegeschreven aan een experiment uitgevoerd door de Sovjet-wetenschapper Victor Veselago in 1968 om aan te tonen dat negatief brekende materialen (in tegenstelling tot de typisch waargenomen positieve brekingsindex) om een ​​negatieve index 'superlens' te creëren kunnen worden bereikt wanneer zowel elektrische permittiviteit (ε ) en magnetische permeabiliteit (µ) van een materiaal waren negatief. Drieëndertig jaar na het conceptuele voorstel, het baanbrekende werk van natuurkundige John Pendry maakte de ontwikkeling mogelijk van metamaterialen zoals Veselago zich voorstelde - een composietmateriaal met een negatieve brekingsindex die een sterk verbeterde resolutie oplevert.

Het nieuwe paradigma van de materiaalwetenschap heette "metamaterialen, " van het Griekse woord metamorfose om een ​​verandering van toestand aan te duiden. Metamateriaalonderzoekers proberen nieuwe materialen te construeren van kunstmatige objecten met eigenschappen die verder gaan dan de conventionele. Decennia later, het werk blijft nieuwe belangstelling trekken vanwege de vooruitgang op het gebied van metamaterialen, waaronder metadevices die logische uitbreidingen zijn van het concept van het exploiteren van functionaliteiten die inherent zijn aan het metamateriële raamwerk. Het veld heeft de afgelopen jaren een opvallende ontwikkeling doorgemaakt van transformatie-optica naar het manipuleren van elektromagnetische eigenschappen en het induceren van transparantie om onzichtbaarheidsmantels te creëren, het genereren van enorme aandacht, terwijl we naar afstembaar gaan, schakelbaar, niet-lineaire en sensorfuncties.

In praktijk, de fotonische apparaten hebben brede implicaties met het potentieel om tegemoet te komen aan de toenemende vraag naar snellere informatieoverdracht door het knelpunt van op glasvezel gebaseerde optische telecommunicatienetwerken weg te nemen, en zelfs militaire camouflage mogelijk te maken. De taken kunnen worden volbracht met sterke, snelle niet-lineariteiten voor het schakelen van licht met licht, en verbeterde controle van de elektromagnetische eigenschappen van metamaterialen met externe stimuli zoals elektrische signalen. Nu aan het schrijven Wetenschappelijke rapporten , Cheng-Wei Qiu en collega's hebben een experimentele methode ontwikkeld om meerdere functies op te nemen in één passieve Laplace gelijkstroom (DC) metadevice met behulp van lichte verlichting zonder fysiek contact.

Om de proof of concept aan te tonen, het team van wetenschappers fabriceerde een netwerk waarin de meetgegevens uitzonderlijk goed overeenkwamen met de theoretische voorspellingen en simulatieresultaten. Het experiment werd mogelijk gemaakt door een analogie tussen elektrisch geleidende materialen en weerstandsnetwerken. De onderzoekers probeerden te ontwerpen, fabriceren en testen van een metadevice met behulp van de circuittheorie. Het vermogen om constante stromen te manipuleren door anisotrope geleidbaarheid te regelen, heeft veel potentiële toepassingen; de focus in de studie was het bedenken van licht programmeerbare cloaking, volledige illusie en gedeeltelijke illusie om camouflage mogelijk te maken. Het voorgestelde schema kan nieuwe wegen openen naar contactloze multifysische controle van functies voor alle soorten Laplace-velden, inclusief DC magnetische velden en thermische velden.

Als een eenvoudige demonstratie van het voorgestelde theoretische concept, de wetenschappers hebben experimenteel een metadevice gerealiseerd met behulp van een weerstandsnetwerk bestaande uit acht weerstanden, afstembaar door lichte verlichting, voor afstandsbediening zonder contact. Tijdens de experimentele verificatie Han et al., gebruikte commerciële metaalfilmweerstanden parallel aan lichtafhankelijke weerstanden om de optisch gecontroleerde prestaties te bereiken. Als referentie hebben ze ook een DC-mantel gefabriceerd, zonder ingebouwde fotoweerstanden. De experimentele opstelling gebruikte een gelijkstroomvoeding met een magnitude van 5 V als bron en de spanning werd gemeten met een 4,5-cijferige multimeter. Toen de spanningsverdeling werd gesimuleerd voor de referentie-DC-mantel, de potentiaalverdelingen buiten de mantel precies hersteld naar die in de homogene ruimte, om het centrale onderdeel van het apparaat onzichtbaar te maken voor de buitenstaander. evenzo, het gemeten resultaat voor de gefabriceerde referentie-DC-mantel vertoonde uitstekende verhullingsprestaties in goede overeenstemming met de simulatie.

Vergelijkbare resultaten werden waargenomen voor de prestaties van het voorgestelde lichtgestuurde metaapparaat, met een uitstekende overeenkomst tussen het experiment en de simulatie. Met opzet, verwacht werd dat de metadevice zou werken als een illusie-apparaat in helderveldlicht (een werkelijke waarneming transformeren in een willekeurig vooraf gecontroleerde waarneming) en onzichtbaar worden in donkerveld (experimenteel bereikt met behulp van een ondoorzichtig materiaal om het apparaat te bedekken). De metadevice was in staat om te schakelen tussen verhulling en illusie, binnen een responstijd van 0,2 seconden, op basis van lichte verlichting.

In aanvulling, de auteurs waren in staat om gedeeltelijke illusie aan te tonen wanneer een deel van de metadevice werd blootgesteld aan helder veld, waarin de numerieke simulaties en meetgegevens wederom uitstekend overeenkwamen, om de beheersbare en flexibele eigenschap van de voorgestelde regeling aan te tonen. In de studie, de simulaties waren gebaseerd op de eindige elementen methode (FEM). Alle weerstanden waren in de handel verkrijgbare metaalfilmweerstanden met een nauwkeurigheid van 1 procent met lichtgevoelige weerstanden parallel om de voorgestelde lichtgestuurde metadevice door de circuittheorie te realiseren. Het idee kan worden uitgebreid naar andere velden die worden beheerst door de vergelijking van Laplace, waaronder magnetische en thermische velden.

© 2018 Fys.org