Een nieuwe aanpak heeft onderzoekers van de Universiteit van Aalto in staat gesteld een soort metamateriaal te ontwerpen dat tot nu toe buiten het bereik van bestaande technologieën lag. In tegenstelling tot natuurlijke materialen kunnen metamaterialen en metasurfaces worden aangepast om specifieke elektromagnetische eigenschappen te hebben, wat betekent dat wetenschappers materialen kunnen creëren met eigenschappen die wenselijk zijn voor industriële toepassingen.

Het nieuwe metamateriaal maakt gebruik van het niet-reciproke magneto-elektrische (NME) effect. Het NME-effect impliceert een verband tussen specifieke eigenschappen van het materiaal (de magnetisatie en polarisatie ervan) en de verschillende veldcomponenten van licht of andere elektromagnetische golven. Het NME-effect is verwaarloosbaar in natuurlijke materialen, maar wetenschappers hebben geprobeerd dit te versterken met behulp van metamaterialen en metasurfaces vanwege het technologische potentieel dat dit zou ontsluiten.

Het werk is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications .

"Tot nu toe heeft het NME-effect niet tot realistische industriële toepassingen geleid. De meeste van de voorgestelde benaderingen zouden alleen werken voor microgolven en niet voor zichtbaar licht, en ze zouden ook niet kunnen worden vervaardigd met de beschikbare technologie", zegt Shadi Safaei Jazi, een doctoraatsstudent. onderzoeker bij Aalto. Het team ontwierp een optisch NME-metamateriaal dat kan worden gemaakt met bestaande technologie, met behulp van conventionele materialen en nanofabricagetechnieken.

Het nieuwe materiaal maakt toepassingen mogelijk waarvoor anders een sterk extern magnetisch veld nodig zou zijn om te werken, bijvoorbeeld door echt eenrichtingsglas te creëren. Glas dat momenteel als ‘eenrichtingsverkeer’ wordt verkocht, is slechts semi-transparant en laat licht in beide richtingen door. Wanneer de helderheid tussen de twee zijden verschillend is (bijvoorbeeld binnen en buiten een raam), werkt het als eenrichtingsglas. Maar een op NME gebaseerd eenrichtingsglas zou geen verschil in helderheid nodig hebben, omdat licht er maar in één richting doorheen kan gaan.

"Stel je eens voor dat je een raam met dat glas in je huis, kantoor of auto hebt. Ongeacht de helderheid buiten, zouden mensen binnen niets kunnen zien, terwijl je vanuit je raam van een perfect uitzicht zou genieten", zegt Safaei. Als de technologie slaagt, zou dit eenrichtingsglas zonnecellen ook efficiënter kunnen maken door de thermische emissies te blokkeren die bestaande cellen terugstralen naar de zon, waardoor de hoeveelheid energie die ze opvangen afneemt.

Meer informatie: Shadi Safaei Jazi et al, Optisch Tellegen-metamateriaal met spontane magnetisatie, Natuurcommunicatie (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45225-y

Journaalinformatie: Natuurcommunicatie

Aangeboden door Aalto Universiteit