Um material especialmente formado que pode fornecer absorção de banda larga personalizada no infravermelho pode ser identificado e fabricado usando "algoritmos genéticos, "de acordo com os engenheiros da Penn State, que dizem que esses metamateriais podem proteger objetos da visão por sensores infravermelhos, proteger instrumentos e ser fabricados para cobrir uma variedade de comprimentos de onda.

"O metamaterial tem uma alta absorção em ampla largura de banda, "disse Jeremy A. Bossard, pós-doutorado em engenharia elétrica. "Outras telas foram desenvolvidas para uma largura de banda estreita, mas este é o primeiro que pode cobrir uma largura de banda de super-oitava no espectro infravermelho. "

Ter uma largura de banda mais ampla significa que um material pode proteger contra radiação eletromagnética em uma ampla gama de comprimentos de onda, tornando o material mais útil. Os pesquisadores analisaram a prata, ouro e paládio, mas descobriu que o paládio oferece uma melhor cobertura de largura de banda. Este novo metamaterial é, na verdade, feito de camadas sobre um substrato ou base de silício. A primeira camada é paládio, seguido por uma camada de poliimida. No topo dessa camada de plástico está uma camada de tela de paládio. A tela tem elaborado, recortes complicados - geometria de subcomprimento de onda - que servem para bloquear os vários comprimentos de onda. Uma camada de poliimida cobre todo o absorvedor.

"Contanto que o padrão projetado corretamente na tela seja muito menor do que o comprimento de onda, o material pode funcionar efetivamente como um absorvedor, "disse Lan Lin, aluno de pós-graduação em engenharia elétrica. "Ele também pode absorver 90% da radiação infravermelha que chega a um ângulo de 55 graus em relação à tela."

Para projetar a tela necessária para este metamaterial, os pesquisadores usaram um algoritmo genético. Eles descreveram o padrão da tela por uma série de zeros e uns - um cromossomo - e deixaram o algoritmo selecionar padrões aleatoriamente para criar uma população inicial de projetos candidatos. O algoritmo então testou os padrões e eliminou todos, exceto o melhor. Os melhores padrões foram ajustados aleatoriamente para a segunda geração. Mais uma vez, o algoritmo descartou o pior e manteve o melhor. Depois de várias gerações, os bons padrões atenderam e até excederam os objetivos do projeto. Ao longo do caminho, o melhor padrão de cada geração foi mantido. Eles relatam seus resultados em uma edição recente da ACS Nano .

"Não seríamos capazes de obter uma cobertura de largura de banda de oitava sem o algoritmo genético, "disse Bossard." No passado, pesquisadores tentaram cobrir a largura de banda usando várias camadas, mas várias camadas eram difíceis de fabricar e registrar corretamente. "

Este metamaterial evoluído pode ser facilmente fabricado porque são simplesmente camadas de metal ou plástico que não precisam de alinhamento complexo. A tampa transparente de poliimida serve para proteger a tela, mas também ajuda a reduzir qualquer incompatibilidade de impedância que possa ocorrer quando a onda se move do ar para o dispositivo.

"Algoritmos genéticos são usados ​​em eletromagnetismo, mas estamos na vanguarda do uso deste método para projetar metamateriais, "disse Bossard.