uma, uma onda eletromagnética de entrada viaja em um meio ilimitado com uma permissividade isotrópica. b, alterando rapidamente a permissividade do meio no tempo de isotrópico para um tensor anisotrópico (com o componente x de permissividade menor que seu componente z), um limite temporal é introduzido produzindo ondas para frente e para trás (equivalente à transmissão e reflexão na interface entre dois mídia no domínio espacial). Nesta situação, a direção do vetor de onda permanece a mesma, enquanto a propagação de energia muda sua direção seguindo a direção do vetor de Poynting S, finalmente alcançando o receptor 2 (Rx2). c, uma abordagem semelhante pode ser aplicada pela engenharia adequada da função temporal de permissividade para permitir que a onda eletromagnética transmitida seja redirecionada para Rx1. d-e, Instantâneos dos resultados da simulação para as distribuições de energia às vezes antes e depois que a permissividade é alterada de isotrópica para anisotrópica em tempo real, respectivamente, demonstrando como a energia muda de direção:mira temporal. Crédito:Victor Pacheco-Peña e Nader Engheta
Ajustar e manipular a propagação de ondas eletromagnéticas tem sido de grande interesse na comunidade científica por muitas décadas. Nesse contexto, a propagação da onda foi projetada introduzindo adequadamente a falta de homogeneidade espacial ao longo do caminho por onde a onda está viajando. Antenas e sistemas de comunicação em geral têm se beneficiado muito desse controle de matéria de onda. Por exemplo, se for necessário redirecionar o campo irradiado (informação) de uma antena (transmissor) para uma direção desejada e alcançar uma antena receptora colocada em um local diferente, pode-se simplesmente colocar o primeiro em um estágio de tradução e dirigir mecanicamente a propagação da onda eletromagnética emitida.
Essas técnicas de direcionamento de feixe têm contribuído muito para o direcionamento espacial de alvos em aplicações como radares e sistemas de comunicação ponto a ponto. O direcionamento do feixe também pode ser alcançado usando metamateriais e metassuperfícies por meio do controle espacial dos parâmetros eletromagnéticos eficazes de um sistema de antena de meta-lente projetado e / ou usando meta-superfícies reconfiguráveis. A próxima pergunta a fazer:poderíamos empurrar os limites das aplicações de direção do feixe de corrente controlando as propriedades eletromagnéticas da mídia não apenas no espaço, mas também no tempo (ou seja, Metamateriais 4-D x, y, z, t)? Em outras palavras, seria possível atingir o direcionamento temporal das ondas eletromagnéticas?
Em um novo artigo publicado em Ciência leve e aplicações , Victor Pacheco-Peña da Escola de Matemática, Estatística e Física da Universidade de Newcastle no Reino Unido e Nader Engheta do Departamento de Engenharia Elétrica e de Sistemas da Universidade da Pensilvânia, Os EUA responderam a esta questão propondo a ideia de metamateriais temporais que mudam de um tensor de permissividade isotrópico para um anisotrópico. Neste conceito, os autores consideram uma mudança rápida da permissividade de todo o meio onde a onda está viajando e demonstraram numericamente e analiticamente os efeitos de tal limite temporal causados pela rápida mudança temporal da permissividade. Ao fazê-lo, ondas para frente e para trás são produzidas com o vetor de onda k preservado durante todo o processo enquanto a frequência é alterada, dependendo dos valores do tensor de permissividade antes e depois da mudança temporal de permissividade.
Interessantemente, os resultados teóricos dos autores também mostram como a direção da propagação da energia (definida pelo vetor de Poynting S) é diferente daquela do número de onda, levando ao direcionamento do feixe em tempo real de energia eletromagnética, fenômeno que os autores nomearam Temporal com o objetivo de ser o análogo temporal da irradiação espacial. Todos os cálculos numéricos relatados estão em excelente concordância com os cálculos analíticos. Como os autores comentam:
"Neste estudo, fornecemos uma análise aprofundada da física subjacente a essa abordagem de mira temporal alcançada pela mudança rápida da permissividade do meio que contém a onda, de valores isotrópicos a anisotrópicos. Como um resultado empolgante, fomos capazes de extrair uma fórmula analítica fechada e simples para a nova direção de propagação de energia da onda eletromagnética já presente. "
"Apresentamos um estudo detalhado considerando ondas monocromáticas sob diferentes ângulos incidentes oblíquos, juntamente com ondas eletromagnéticas incidentes mais complexas, como os feixes gaussianos."
"Uma vez que este direcionamento temporal nos permite mudar arbitrariamente a direção da propagação de energia em tempo real, poderia abrir novas possibilidades para a direção do feixe em tempo real. Fornecemos um exemplo numérico de uma única antena transmissora e três receptores colocados em diferentes localizações espaciais. Nosso exemplo demonstra como a onda eletromagnética transmitida pode alcançar qualquer um dos três receptores simplesmente projetando uma permissividade dependente do tempo do meio seguindo uma função quadrada:isotrópico — anisotrópico — isotrópico ".
“A técnica apresentada tem o potencial de abrir novas possibilidades para o roteamento de informações em sistemas fotônicos integrados por meio da implementação de metamateriais temporais que podem desviar as ondas eletromagnéticas guiadas para um alvo / direção desejada em um chip”, prevêem os cientistas.
