Het gebruik van plasma om microgolven te besturen om directe energie naar een specifiek punt te stralen, wordt onderzocht vanwege hun duurzaamheid in elektrische velden met hoge energie en hun herconfigureerbare structuur. Krachtige microgolfstralen, vergelijkbaar met lasers, kan energie met hoge snelheden over lange afstanden overbrengen, onaangetast door wind, zwaartekracht, of andere krachten. Lucht- en ruimtevaartingenieurs van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign simuleerden een metamateriaal gevormd uit plasmastructuren om het potentieel aan te tonen om microgolffrequenties af te stemmen.

"In de simulatie hebben we ons gericht op atmosferische plasmafotonische kristallen - een structuur gevormd door plasmakolommen, ongeveer 0,1 tot 0,8 millimeter in diameter, gerangschikt in kolommen en rijen - beschouw het als een netjes geordend klein plasmabos. uiteindelijk, we proberen te vinden aan welke knoppen we moeten draaien:plasmadichtheid, kolomafstand, kolomradius - om de microgolffrequentie die door de structuur gaat, het best te regelen, " zei Matt Paliwoda, een promovendus die samenwerkt met universitair hoofddocent Joshua Rovey in de afdeling Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek aan de U of I.

Paliwoda's simulatie concentreerde zich op het voorspellen van de frequentiebandgaten die bepaalde frequenties verbieden een materiaal binnen te dringen, door de materiële structuur te veranderen.

"Het blokkeert het gewoon volledig. Als je een magnetron naar een materiaal stuurt, kan het er gemakkelijk doorheen gaan, maar het kan ook worden weerspiegeld. Bij deze bandgaps, het weerspiegeld, het verbieden van de frequentie, " hij zei.

"Als je een gitaarsnaar tokkelt, het trilt op een bepaalde frequentie, die afhangt van de lengte van de snaar, " zei Paliwoda. "Om de frequentie te veranderen, je zou een clip aan het ene uiteinde van de snaar kunnen plaatsen om de trillengte te verkorten en te voorkomen dat deze op andere frequenties trilt. In het geval van het plasma, de afstand tussen de kolommen is onze string waar microgolfenergie kan oscilleren terwijl de plasmakolommen de vaste uiteinden van de string zijn. Op deze manier, de plasmastructuur laat de microgolfenergie oscilleren bij bepaalde golflengten - bepaalde frequenties - en blokkeert andere."

De opstelling of structuur van het materiaal kan bepalen hoe de microgolfenergie wordt gebroken en naar een doel wordt gericht. Hij zei dat fotonische kristallen en metamaterialen elektromagnetische eigenschappen hebben die niet in natuurlijke materialen voorkomen.

Gerichte energie kan worden gebruikt in militaire toepassingen, maar Paliwoda zei dat het ook kan worden gebruikt om satellieten in de ruimte op te laden of mogelijk om satellieten naar een hogere baan te verplaatsen.

Paliwoda behaalde een Bachelor of Science-graad aan de Universiteit van Washington, en een master's degree aan de Missouri University of Science and Technology, toen Rovey daar op de faculteit zat.

"Ik was geïnteresseerd in het gebruik van plasma-actuatoren boven een vleugel, maar toen ik in Illinois aankwam, Ik ging echt het konijnenhol in en begon te duiken in een deel van de elektromagnetische eigenschappen van metamaterialen. Ik heb een aantal microgolfcursussen gevolgd en ook een cursus plasmagolven, dus ik ben van plan om te blijven werken in dit gerichte energiegebied, zo niet specifiek met plasma fotonische kristallen, " hij zei.

De studie, "Multiple parameter space bandgap control van herconfigureerbaar atmosferisch plasma fotonisch kristal, " geschreven door Matthew C. Paliwoda en Joshua L. Rovey verschijnt in Fysica van plasma's .