Os pesquisadores da Cornell estão propondo uma nova maneira de modular as qualidades absortivas e refrativas dos metamateriais em tempo real, e suas descobertas abrem novas oportunidades intrigantes de controle, no tempo e no espaço, a propagação e espalhamento de ondas para aplicações em várias áreas da física e engenharia de ondas.

A pesquisa publicada na revista Optica , "Causalidade espectral e a dispersão de ondas, "é de autoria dos alunos de doutorado Zeki Hayran e Aobo Chen, EM. 19, junto com seu conselheiro, Francesco Monticone, professor assistente da Escola de Engenharia Elétrica e de Computação da Faculdade de Engenharia.

O trabalho teórico visa expandir as capacidades dos metamateriais para absorver ou refratar ondas eletromagnéticas. A pesquisa anterior foi limitada a modificar a absorção ou refração, mas o Grupo de Pesquisa Monticone agora mostrou que se ambas as qualidades são moduladas em tempo real, a eficácia do metamaterial pode ser bastante aumentada.

Esses metamateriais modulados temporalmente, às vezes referidos como "crono-metamateriais" podem abrir oportunidades inexploradas e permitir avanços tecnológicos em eletromagnética e fotônica.

"O que demonstramos, "Monticone disse, "é que se você modular ambas as propriedades no tempo, você consegue absorver as ondas eletromagnéticas com muito mais eficiência do que em uma estrutura estática, ou em uma estrutura na qual você modula um desses dois graus de liberdade individualmente. Combinamos esses dois aspectos para criar um sistema muito mais eficaz. "

As descobertas podem levar ao desenvolvimento de novos metamateriais com absorção de ondas e propriedades de espalhamento que superam em muito o que está disponível atualmente. Por exemplo, um absorvedor de banda larga deve ser mais espesso do que um certo valor para ser eficaz, mas a espessura do material limitará as aplicações do design.

"Para diminuir a espessura e aumentar a largura de banda desse absorvedor, você tem que superar as limitações dos materiais convencionais, "Hayran disse." Uma das maneiras de contornar essas limitações é modular temporalmente a estrutura. "

O objetivo do grupo de Monticone é abrir novas áreas de pesquisa para produzir aplicações práticas cada vez mais eficientes.

"O que estamos tentando fazer não são mudanças incrementais na tecnologia, "Monticone disse." Queremos mudanças disruptivas. Isso é o que realmente nos motiva. Então, como podemos fazer uma melhoria dramática na tecnologia, não apenas uma melhoria incremental? Fazer isso, muitas vezes, você tem que voltar aos fundamentos. "

A nova pesquisa empurra os limites da absorção de ondas eletromagnéticas usando outro grau de liberdade, que é a modulação no tempo, algo que não é normalmente feito nesta área, mas agora recebendo atenção crescente da pesquisa.

Com uma nova base teórica em vigor, implementar experimentalmente modulações temporais desse tipo é o desafio para pesquisas futuras. Um experimento físico precisaria primeiro projetar um mecanismo para controlar a modulação das qualidades absortivas e refrativas de um material ao longo do tempo, que podem incluir feixes de laser ou componentes de micro-ondas.

As ideias têm implicações diretas para várias aplicações, como absorção de radar de banda larga e invisibilidade temporal e camuflagem. As aplicações também podem se estender a outros domínios da física das ondas, como acústica e elastodinâmica.

"Nossas descobertas, e os resultados empolgantes de outros pesquisadores que trabalham nesta área, destacam as muitas oportunidades oferecidas por metamateriais que variam no tempo, tanto para eletromagnetismo clássico e quântico e fotônica, "Monticone disse.