La historia de los metamateriales comienza con los dieléctricos artificiales en la ingeniería de microondas tal como se desarrolló justo después de la Segunda Guerra Mundial . Sin embargo, a finales del siglo XIX se realizaron exploraciones fundamentales de materiales artificiales para manipular ondas electromagnéticas . [1] Por lo tanto, la historia de los metamateriales es esencialmente una historia del desarrollo de ciertos tipos de materiales manufacturados, que interactúan en radiofrecuencia , microondas y, posteriormente, frecuencias ópticas . [2] [3] [4] [5]
A medida que ha ido avanzando la ciencia de los materiales, se han desarrollado materiales fotónicos que utilizan el fotón de la luz como portador fundamental de información. Esto condujo a los cristales fotónicos y, a principios del nuevo milenio, a la prueba de principio del funcionamiento de metamateriales con un índice de refracción negativo en el microondas (a 10,5 gigahercios ) y en el rango óptico [4] [5] . A esto le siguió la primera prueba de principio del encubrimiento de metamateriales (proteger un objeto de la vista), también en el rango de microondas, unos seis años después. [6] Sin embargo, aún faltan décadas para lograr una capa que pueda ocultar objetos en todo el espectro electromagnético . Es necesario resolver muchos problemas de física e ingeniería .
Sin embargo, los materiales refractivos negativos han llevado al desarrollo de antenas de metamateriales y lentes de microondas de metamateriales para antenas de sistemas inalámbricos en miniatura que son más eficientes que sus contrapartes convencionales. Además, actualmente se encuentran disponibles comercialmente antenas de metamateriales. Mientras tanto, el enfoque por debajo de la longitud de onda con la superlente también forma parte de la investigación actual sobre metamateriales. [6]
Las ondas clásicas transfieren energía sin transportar materia a través del medio (material). Por ejemplo, las olas en un estanque no transportan las moléculas de agua de un lugar a otro; más bien, la energía de la onda viaja a través del agua, dejando las moléculas de agua en su lugar. Además, las partículas cargadas, como los electrones y los protones, crean campos electromagnéticos cuando se mueven, y estos campos transportan el tipo de energía conocida como radiación electromagnética o luz. Un campo magnético cambiante inducirá un campo eléctrico cambiante y viceversa: ambos están relacionados. Estos campos cambiantes forman ondas electromagnéticas. Las ondas electromagnéticas se diferencian de las ondas mecánicas en que no requieren un medio para propagarse. Esto significa que las ondas electromagnéticas pueden viajar no sólo a través del aire y materiales sólidos, sino también a través del vacío del espacio. [7]
La " historia de los metamateriales " puede tener diversos puntos de partida según las propiedades de interés. Los estudios relacionados con las primeras ondas comenzaron en 1904 y avanzaron durante más de la mitad de la primera parte del siglo XX. Esta investigación inicial incluyó la relación entre la velocidad de fase y la velocidad de grupo y la relación entre el vector de onda y el vector de puntería . [8] [9] [10]
En 1904, Horace Lamb (libro: Hidrodinámica ) y Arthur Schuster (Libro: Introducción a la óptica ) señalaron la posibilidad de una velocidad de fase negativa acompañada de una velocidad de grupo antiparalelo. [11] Sin embargo, ambos pensaron que el logro práctico de estos fenómenos no era posible. En 1945, Leonid Mandelstam (también "Mandel'shtam") estudió con más detalle la fase antiparalela y el avance del grupo. [11] También se destaca por examinar las características electromagnéticas de los materiales que demuestran refracción negativa, así como por el primer concepto de material zurdo . Estos estudios incluyeron velocidad grupal negativa. Informó que tales fenómenos ocurren en una red cristalina . Esto puede considerarse significativo porque el metamaterial es una red (estructura) cristalina creada por el hombre. [8] [9] [12] [13] En 1905, HC Pocklington también estudió ciertos efectos relacionados con la velocidad negativa del grupo. [14]
VE Pafomov (1959), y varios años después, el equipo de investigación VM Agranovich y VL Ginzburg (1966) informaron sobre las repercusiones de la permitividad negativa, la permeabilidad negativa y la velocidad de grupo negativa en su estudio de cristales y excitones . [8] [9]
En 1967, VG Veselago del Instituto de Física y Tecnología de Moscú examinó el modelo teórico del medio que ahora se conoce como metamaterial. [11] Sin embargo, la experimentación física no se produjo hasta 33 años después de la publicación del artículo debido a la falta de materiales disponibles y a la falta de suficiente potencia informática. No fue hasta la década de 1990 que se dispuso de materiales y potencia informática para producir artificialmente las estructuras necesarias. Veselago también predijo una serie de fenómenos electromagnéticos que se revertirían, incluido el índice de refracción . Además, se le atribuye haber acuñado el término "material zurdo" para el metamaterial actual debido al comportamiento antiparalelo del vector de onda y otros campos electromagnéticos . Además, observó que el material que estaba estudiando era un material doble negativo, como se denominan hoy en día a ciertos metamateriales, debido a la capacidad de producir simultáneamente valores negativos para dos parámetros importantes, por ejemplo, la permitividad y la permeabilidad. En 1968, su artículo fue traducido y publicado en inglés. [10] [15] Posteriormente fue nominado al premio Nobel.
Más adelante aún, los avances en la nanofabricación y las técnicas de obtención de imágenes por debajo de la longitud de onda están llevando este trabajo a las longitudes de onda ópticas . [dieciséis]
En el siglo XIX, las ecuaciones de Maxwell unieron todas las observaciones, experimentos y proposiciones establecidas anteriores relativas a la electricidad y el magnetismo en una teoría coherente, que también es fundamental para la óptica . [17] El trabajo de Maxwell demostró que la electricidad, el magnetismo e incluso la luz son manifestaciones del mismo fenómeno, es decir, el campo electromagnético . [18]
Asimismo, el concepto de utilizar determinados materiales construidos como método de manipulación de ondas electromagnéticas se remonta al siglo XIX. La teoría de las microondas se había desarrollado significativamente durante la última parte del siglo XIX con el reflector parabólico cilíndrico , la lente dieléctrica , los absorbentes de microondas, el radiador de cavidad, el iris radiante y la bocina electromagnética piramidal . [1] La ciencia relacionada con las microondas también incluía guías de ondas redondas, cuadradas y rectangulares, lo que excluye el trabajo publicado por Sir Rayleigh sobre el funcionamiento de las guías de ondas en 1896. La óptica de microondas, que implica el enfoque de microondas, introdujo componentes cuasi ópticos y un tratamiento de la óptica de microondas. fue publicado en 1897 (por Righi). [3] [19] [20]
Jagadish Chandra Bose fue un científico involucrado en la investigación original de microondas durante la década de 1890. Como profesor oficiante de física en el Presidency College, se involucró en experimentos y estudios de laboratorio relacionados con la refracción , la difracción y la polarización , así como con transmisores , receptores y diversos componentes de microondas. [21] [22]
Conectó receptores a un galvanómetro sensible y desarrolló cristales para usarlos como receptores. Los cristales operaban en el rango de radio de onda corta . También se desarrollaron cristales para detectar tanto la luz blanca como la ultravioleta . Estos cristales fueron patentados en 1904 por su capacidad de detectar radiación electromagnética . Además, parece que su trabajo también anticipó la existencia de semiconductores de tipo p y tipo n en 60 años. [21]
Para el público en general en 1895, Bose pudo hacer sonar una campana de forma remota y hacer estallar pólvora con el uso de ondas electromagnéticas. En 1896, se informó que Bose había transmitido señales electromagnéticas a lo largo de casi una milla. [21] En 1897, Bose informó sobre sus investigaciones (experimentos) con microondas en la Royal Institution de Londres. Allí demostró su aparato en longitudes de onda que oscilaban entre 2,5 centímetros y 5 milímetros. [21]
En 1898, Jagadish Chandra Bose realizó el primer experimento con microondas en estructuras retorcidas. Estas estructuras retorcidas coinciden con las geometrías que se conocen como medios quirales artificiales en la terminología actual. En ese momento, también había investigado la doble refracción (birrefringencia) en cristales. Otra investigación incluyó la polarización de las "ondas" del campo eléctrico que producen los cristales. Descubrió este tipo de polarización en otros materiales, incluida una clase de dieléctricos . [3] [21] [23]
Además, la quiralidad como actividad óptica en un determinado material es un fenómeno que se estudia desde el siglo XIX. En 1811, un estudio de cristales de cuarzo reveló que dichos sólidos cristalinos rotaban la polarización de la luz polarizada , lo que denota actividad óptica. En 1815, se sabía que otros materiales además de los cristales, como el aceite de trementina, exhibían quiralidad. Sin embargo, se desconocía la causa básica. Louis Pasteur resolvió el problema (quiralidad de las moléculas) dando origen a una nueva disciplina conocida como estereoquímica . A escala macroscópica , Lindman aplicó las microondas al problema de las espirales de alambre (hélices de alambre) en 1920 y 1922. [24] [25]
Karl F. Lindman, desde 1914 y hasta la década de 1920, estudió medios quirales artificiales formados por una colección de pequeñas espirales orientadas aleatoriamente . Los científicos de metamateriales actuales escribieron sobre él : Ismo V. Lindell, Ari H. Sihvola y Juhani Kurkijarvi. [26]
Gran parte de la investigación histórica relacionada con los metamateriales se basa en la visión de la configuración del haz de antena dentro de la ingeniería de microondas justo después de la Segunda Guerra Mundial. Además, los metamateriales parecen estar históricamente vinculados al conjunto de investigaciones relativas a los dieléctricos artificiales a finales de los años cuarenta, cincuenta y sesenta. El uso más común de los dieléctricos artificiales durante las décadas anteriores ha sido el régimen de microondas para la conformación del haz de antena . Los dieléctricos artificiales se habían propuesto como una "herramienta" liviana y de bajo costo. La investigación sobre dieléctricos artificiales, distintos de los metamateriales, todavía está en curso para partes pertinentes del espectro electromagnético. [2] [27] [28] [29]
Winston E. Kock , Seymour Cohn, John Brown y Walter Rotman realizaron trabajos pioneros en ingeniería de microondas sobre dieléctricos artificiales en microondas . Kock, Rotman y Sergei Schelkunoff propusieron estructuras artificiales periódicas . También hay una extensa lista de referencias que se centra en las propiedades de los dieléctricos artificiales en el libro de 1991, Field Theory of Guided Waves de Robert E. Collin . [2] [29] [30] [31]
Schelkunoff logró notoriedad por sus contribuciones a la teoría de antenas y la propagación de ondas electromagnéticas . [2] "Las partículas magnéticas hechas de bucles cargados capacitivamente también fueron sugeridas por Sergei Schelkunoff en 1952 (quien era un colega senior de Winston Kock en Bell Labs en ese momento). Sin embargo, Schelkunoff sugirió estas partículas como un medio para sintetizar alta permeabilidad ( y no negativos), pero reconoció que tales dieléctricos artificiales de alta permeabilidad serían bastante dispersivos". [29]
WE Kock propuso lentes metálicas y de alambre para antenas. Algunas de ellas son la lente de retardo metálica, la lente de alambre paralelo y la lente de malla de alambre. Además, realizó estudios analíticos sobre la respuesta de partículas metálicas personalizadas a una radiación electromagnética cuasiestática . Al igual que el gran grupo actual de investigadores que analizan el comportamiento de los metamateriales, Kock observó comportamientos y estructuras en materiales artificiales que son similares a los metamateriales. [29] [30] [32] [33]
Empleó partículas, que tendrían diferentes formas geométricas ; esferas , discos, elipsoides y esferoides alargados u achatados , y estarían aislados o dispuestos en un patrón repetitivo como parte de una configuración de matriz . Además, pudo determinar que dichas partículas se comportan como un medio dieléctrico . También notó que la permitividad " ε " y la permeabilidad " μ " de estas partículas se pueden ajustar intencionalmente, pero no de forma independiente. [29] [33]
Sin embargo, con los metamateriales, los valores locales para ε y μ se diseñan como parte del proceso de fabricación o se diseñan analíticamente en estudios teóricos. Gracias a este proceso, las inclusiones de metamateriales individuales se pueden sintonizar de forma independiente. [29] [33] [34]
Con dieléctricos artificiales, Kock pudo ver que se puede lograr cualquier valor de permitividad y permeabilidad, arbitrariamente grande o pequeño, y que esto incluía la posibilidad de valores negativos para estos parámetros. Las propiedades ópticas del medio dependían únicamente de la forma geométrica y el espaciado de las partículas, más que de su propio comportamiento intrínseco. Su trabajo también anticipó el resonador de anillo dividido , una estructura periódica fabricada que es un caballo de batalla común para los metamateriales. [34]
Kock, sin embargo, no investigó la aparición simultánea de valores negativos de ε y μ, lo que se ha convertido en uno de los primeros logros que definen los metamateriales modernos. Esto se debió a que la investigación en materiales artificiales estaba orientada hacia otros objetivos, como la creación de medios de plasma en frecuencias de RF o microondas relacionadas con las necesidades generales de la NASA y el programa espacial en ese momento. [34] [35]
Walter Rotman y RF Turner desarrollaron sistemas de conformación de haces de microondas con una lente que tiene tres puntos focales perfectos; dos ubicados simétricamente fuera del eje y uno en el eje. Publicaron las ecuaciones de diseño para la lente frontal recta mejorada, la evaluación de sus capacidades de control de fase, capacidades de escaneo y las técnicas de fabricación demostradas aplicables a este tipo de diseño. [31] Rotman inventó otras estructuras periódicas que incluyen muchos tipos de antenas de ondas superficiales: la guía de ondas de canal, la guía de ondas de canal y la antena de alambre sándwich. [36]
"A frecuencias de unos pocos cientos de gigahercios e inferiores, los electrones son las partículas principales que sirven como caballo de batalla de los dispositivos. Por otro lado, en longitudes de onda infrarrojas , ópticas y ultravioletas , el fotón es la partícula fundamental de elección". [37] La palabra 'fotónica' apareció a finales de la década de 1960 para describir un campo de investigación cuyo objetivo era utilizar la luz para realizar funciones que tradicionalmente caían dentro del dominio típico de la electrónica, como las telecomunicaciones, el procesamiento de información, entre otros procesos. [38] El término fotónica connota más específicamente:
Por lo tanto, cuando se utilizan materiales fotónicos, los fotones, más que los electrones, se convierten en los portadores fundamentales de información. Además, el fotón parece ser un portador de información más eficiente, y se están utilizando y desarrollando materiales capaces de procesar señales fotónicas. Además, el desarrollo de materiales fotónicos conducirá a una mayor miniaturización de los componentes. [38]
En 1987, Eli Yablonovitch propuso controlar las emisiones espontáneas y construir zonas físicas en dieléctricos periódicos que prohibieran ciertas longitudes de onda de radiación electromagnética. Estas capacidades se integrarían en estructuras dieléctricas periódicas tridimensionales (dieléctrico artificial). Señaló que controlar la emisión espontánea es deseable para los procesos de semiconductores. [39]
Histórica y convencionalmente, la función o el comportamiento de los materiales pueden alterarse a través de su química . Esto se sabe desde hace mucho tiempo. Por ejemplo, agregar plomo cambia el color o la dureza del vidrio . Sin embargo, a finales del siglo XX esta descripción fue ampliada por John Pendry , físico del Imperial College de Londres . [40] En la década de 1990 fue consultor para una empresa británica, Marconi Materials Technology , como experto en física de la materia condensada . La empresa fabricó una tecnología furtiva hecha de carbono que absorbe la radiación y que estaba destinada a buques de guerra . Sin embargo, la empresa no entendía la física del material. La empresa le preguntó a Pendry si podía entender cómo funcionaba el material. [40]
Pendry descubrió que la propiedad de absorción de radiación no provenía de la estructura molecular o química del material, es decir, del carbono per se. Esta propiedad proviene de la forma física larga y delgada de las fibras de carbono . Se dio cuenta de que, en lugar de alterar convencionalmente un material a través de su química, como lo hace el plomo con el vidrio, el comportamiento de un material puede alterarse cambiando su estructura interna en una escala muy fina. La escala muy fina era menor que la longitud de onda de la radiación electromagnética que se aplica. La teoría se aplica a todo el espectro electromagnético que utilizan las tecnologías actuales. Las radiaciones de interés provienen de ondas de radio y microondas, pasando por el infrarrojo hasta las longitudes de onda visibles. [40] [41] Los científicos ven este material como "más allá" de los materiales convencionales. De ahí que se le añadió la palabra griega “meta”, y a estos se les llama metamateriales . [40]
Después de deducir y comprender con éxito la estructura de la fibra de carbono, Pendry propuso además intentar cambiar las propiedades magnéticas de un material no magnético, alterando también su estructura física. El material no sería intrínsecamente magnético ni inherentemente susceptible de ser magnetizado. El alambre de cobre es un material no magnético. Imaginó la fabricación de un material compuesto no magnético, que podría imitar los movimientos de los electrones que orbitan alrededor de los átomos. Sin embargo, las estructuras se fabrican a una escala que es mucho mayor que la del átomo, pero menor que la longitud de onda radiada.
Imaginó y planteó la hipótesis de que bucles en miniatura de alambre de cobre colocados en un sustrato de fibra de vidrio podrían imitar la acción de los electrones, pero a mayor escala. Además, este material compuesto podría actuar como una losa de hierro . Además, dedujo que una corriente que pasa por los bucles de alambre produce una respuesta magnética . [40]
Esta idea metamaterial dio lugar a variaciones. Al cortar los bucles se obtiene un resonador magnético que actúa como un interruptor. El interruptor, a su vez, permitiría a Pendry determinar o alterar las propiedades magnéticas del material simplemente por elección. En ese momento, Pendry no se dio cuenta de la importancia de los dos materiales que había diseñado. Al combinar las propiedades eléctricas del material absorbente de radar de Marconi con su nuevo material magnético fabricado por el hombre, sin saberlo, había puesto en sus manos una nueva forma de manipular la radiación electromagnética. En 1999, Pendry publicó su nueva concepción de materiales magnéticos producidos artificialmente en una destacada revista de física. Esto fue leído por científicos de todo el mundo y "avivó su imaginación". [40] [42]
En 1967, Victor Veselago produjo un trabajo fundamental, frecuentemente citado, sobre un material teórico que podría producir efectos extraordinarios que son difíciles o imposibles de producir en la naturaleza. En ese momento propuso que dentro de las leyes de la física pueden ocurrir una inversión de la ley de Snell , una lente extraordinaria y otros fenómenos excepcionales . Esta teoría permaneció latente durante algunas décadas. No había materiales disponibles en la naturaleza o de otro tipo que pudieran realizar físicamente el análisis de Veselago. [6] [15] [43] No fue hasta treinta y tres años después que las propiedades de este material, un metamaterial , se convirtieron en una subdisciplina de la física y la ingeniería .
Sin embargo, hubo ciertas observaciones, demostraciones e implementaciones que precedieron de cerca a este trabajo. Se había estudiado ampliamente la permitividad de los metales, con valores que podían extenderse del dominio positivo al negativo. En otras palabras, la permitividad negativa era un fenómeno conocido cuando se produjo el primer metamaterial. Los contemporáneos de Kock participaron en este tipo de investigación. El gobierno de Estados Unidos dirigió el esfuerzo concentrado para investigar las interacciones entre la ionosfera y el reingreso de los vehículos espaciales de la NASA.
En la década de 1990, Pendry et al. desarrolló estructuras de alambre delgadas que se repiten secuencialmente, análogas a las estructuras cristalinas . Estos ampliaron el rango de permitividad material. Sin embargo, una estructura más revolucionaria desarrollada por Pendry et al. Era una estructura que podía controlar las interacciones magnéticas ( permeabilidad ) de la luz irradiada, aunque solo en frecuencias de microondas. Esta estructura de anillo dividido que se repite secuencialmente extendió los parámetros magnéticos del material a lo negativo. Esta red o estructura periódica "magnética" se construyó a partir de componentes no magnéticos.
Por lo tanto, en el dominio electromagnético, un valor negativo de permitividad y permeabilidad que ocurriera simultáneamente era un requisito para producir los primeros metamateriales. Estos fueron pasos iniciales para una prueba de principio con respecto a la propuesta original de Veselago de 1967.
En 2000, un equipo de investigadores de la UCSD produjo y demostró metamateriales que exhibían propiedades físicas inusuales que nunca antes se habían producido en la naturaleza . Estos materiales obedecen las leyes de la física , pero se comportan de manera diferente a los materiales normales. En esencia, estos metamateriales de índice negativo se caracterizaron por tener la capacidad de revertir muchas de las propiedades físicas que gobiernan el comportamiento de los materiales ópticos ordinarios. Una de esas propiedades inusuales es la capacidad de revertir, por primera vez, la ley de refracción de Snell . Hasta esta manifestación de mayo de 2000 realizada por el equipo de la UCSD, el material no estaba disponible. Los avances durante la década de 1990 en las capacidades de fabricación y computación permitieron construir estos primeros metamateriales . Así, se empezó a probar el "nuevo" metamaterial para detectar los efectos descritos por Victor Veselago 30 años antes, pero al principio sólo en el dominio de la frecuencia de microondas . La reversión de la velocidad del grupo se anunció explícitamente en el artículo publicado relacionado. [nota 1] [44] [45] [6]
La súper lente o superlente es una estructura práctica basada en el trabajo de John Pendry que describe una lente perfecta que puede ir más allá del límite de difracción enfocando los cuatro componentes de Fourier . El artículo de Pendry describía una nueva lente teórica que podría capturar imágenes por debajo del límite de difracción empleando el comportamiento del índice de refracción negativo . La superlente es una realización práctica de esta teoría. Es una lente funcional que puede capturar imágenes por debajo del límite de difracción a pesar de que existen limitaciones debido a las ineficiencias de los materiales convencionales. Esto significa que, aunque hay pérdidas, se devuelve una imagen suficiente para demostrar que este trabajo fue una demostración exitosa. [46]
Ulf Leonhardt nació en Alemania Oriental y actualmente ocupa la cátedra de física teórica en la Universidad de St. Andrews en Escocia y es considerado uno de los líderes en la ciencia de la creación de una capa de invisibilidad . Alrededor de 1999, Leonhardt comenzó a trabajar en cómo construir un dispositivo de ocultación con algunos otros colegas. Leonhardt afirmó que en aquella época la invisibilidad no se consideraba de moda. Luego escribió un estudio teórico titulado " Mapeo óptico conforme ". La primera frase resume el objetivo: "Un dispositivo de invisibilidad debería guiar la luz alrededor de un objeto como si no hubiera nada allí". [ dudoso ]
En 2005, envió el artículo a tres revistas científicas destacadas : Nature , Nature Physics y Science . Cada revista, a su vez, rechazó el artículo. En 2006, Physical Review Letters también rechazó el artículo para su publicación. Sin embargo, según la evaluación de PRL, uno de los revisores anónimos señaló que (él o ella) había asistido a dos reuniones en los meses anteriores con el grupo de John Pendry , que también estaba trabajando en un dispositivo de encubrimiento. A partir de las reuniones, el revisor también se enteró de una patente que Pendry y sus colegas debían presentar. Leonhardt desconocía entonces el trabajo del grupo Pendry. Debido a las reuniones de Pendry, el revisor no consideró realmente el trabajo de Leonhardt como nueva física y, por lo tanto, no merecía la publicación en Physical Review Letters. [ dudoso ]
Más tarde, en 2006, Science (la revista) revocó su decisión y se puso en contacto con Leonhardt para publicar su artículo porque acababa de recibir un estudio teórico del equipo de Pendry titulado " Controlling Electromagnetic Fields ". Science consideró ambos artículos sorprendentemente similares y los publicó en el mismo número de Science Express el 25 de mayo de 2006. Los artículos publicados impulsaron los esfuerzos de investigación de una docena de grupos para construir dispositivos de ocultación en lugares de todo el mundo, que pondrían a prueba las matemáticas. de ambos papeles. [ dudoso ] [47]
Sólo unos meses después de la presentación de notables teorías sobre la capa de invisibilidad, David Schurig y David Smith , investigadores de ingeniería de la Universidad de Duke, construyeron y demostraron un dispositivo práctico (octubre de 2006). Estaba limitado al alcance de las microondas , por lo que el objeto no era invisible para el ojo humano. Sin embargo, demostró una prueba de principio . [48]
Los artículos teóricos originales sobre el encubrimiento abrieron una nueva disciplina científica llamada óptica de transformación . [49] [50]
{{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda )Se describe la carrera investigadora de Karl F. Lindman, a quien se ha referido ampliamente como el primero en demostrar el efecto de un medio quiral sobre las ondas electromagnéticas. Durante la primera mitad de este siglo, Lindman completó una extensa carrera de investigación, utilizando esencialmente los mismos métodos que utilizó
Heinrich Hertz
en su época. Se revisa su obra, centrándose en sus estudios de quiralidad
.
...En este artículo, revisamos los fundamentos de los metamateriales con énfasis en los de índice de refracción negativo, que se sintetizan utilizando líneas de transmisión cargadas. Se analizan varias aplicaciones de dichos metamateriales, incluidas lentes peculiares que pueden superar el límite de difracción y pequeñas antenas para aplicaciones emergentes de comunicación inalámbrica.
Se describen antenas de lentes para aplicaciones de microondas que producen un efecto de enfoque al aumentar físicamente la longitud de la trayectoria, en comparación con el espacio libre, de las ondas de radio que pasan a través de la lente. Esto se logra por medio de placas deflectoras que se extienden paralelas al vector magnético y que están inclinadas o dobladas en forma de serpentina para obligar a las ondas a recorrer el camino más inclinado o serpentino. El contorno tridimensional del conjunto de placas tiene una forma que corresponde a una lente convexa. Las ventajas sobre las lentes metálicas anteriores son: rendimiento de banda más amplia, mayor simplicidad y tolerancias menos estrictas.
En este Establecimiento se ha realizado un estudio experimental de la lente de retardo metálica descrita por Kock, utilizando una lente construida con tiras paralelas como en la Fig. 1, siendo el vector E normal a la línea de las tiras. Las dimensiones eran tales que la fórmula de Kock para el índice de refracción, donde s es el ancho de las tiras y N es el número de tiras por unidad de área vistas desde el extremo, daba el valor 1A x 41 para n. La longitud de onda de corte prevista fue de 1A x 8 cm.
{{cite journal}}: Falta o está vacío |title=( ayuda )Se describen estructuras que refractan y enfocan las ondas sonoras. En principio, se parecen a algunas lentes de ondas electromagnéticas desarrolladas recientemente, en el sentido de que están formadas por conjuntos de obstáculos que son pequeños en comparación con la longitud de onda. Estos obstáculos aumentan la densidad efectiva del medio y, por tanto, provocan una velocidad de propagación reducida de las ondas sonoras que pasan a través del conjunto. Esta velocidad reducida es sinónimo de poder refractivo para que se puedan diseñar lentes y prismas...