Un absorbent de metamaterials és un tipus de metamaterial destinat a absorbir eficientment la radiació electromagnètica com la llum. A més, els metamaterials són un avenç en la ciència de materials. Per tant, aquells metamaterials que estan dissenyats per ser absorbents ofereixen avantatges respecte als absorbents convencionals, com ara una major miniaturització, una major adaptabilitat i una major eficàcia. Les aplicacions previstes per a l'absorbent de metamaterials inclouen emissors, fotodetectors, sensors, moduladors espacials de llum, camuflatge infraroig, comunicació sense fil i ús en energia solar fotovoltaica i termofotovoltaica.
Per a aplicacions pràctiques, els absorbents de metamaterials es poden dividir en dos tipus: banda estreta i banda ampla. Per exemple, els absorbents de metamaterials es poden utilitzar per millorar el rendiment dels fotodetectors. Els absorbents de metamaterials també es poden utilitzar per millorar l'absorció tant en aplicacions solars fotovoltaiques com termofotovoltaiques. L'enginyeria de profunditat de pell es pot utilitzar en absorbents de metamaterials en aplicacions fotovoltaiques, així com en altres dispositius optoelectrònics, on l'optimització del rendiment del dispositiu exigeix minimitzar les pèrdues resistives i el consum d'energia, com ara fotodetectors, díodes làser i díodes emissors de llum.
A més, l'aparició d'absorbidors de metamaterials permet als investigadors comprendre millor la teoria dels metamaterials, que es deriva de la teoria clàssica d'ones electromagnètiques. Això porta a comprendre les capacitats del material i les raons de les limitacions actuals.
Malauradament, aconseguir una absorció de banda ampla, especialment a la regió de THz (i freqüències més altes), continua sent una tasca difícil a causa de l'amplada de banda intrínsecament estreta dels polaritons de plasmó superficial (SPP) o les ressonàncies de plasmó superficial localitzades (LSPR) generades en superfícies metàl·liques a nanoescala, que s'exploten com a mecanisme per obtenir una absorció perfecta.
Metamaterials Els metamaterials són materials artificials que presenten propietats úniques que no es produeixen a la natura. Normalment són conjunts d'estructures més petites que la longitud d'ona amb què interactuen. Aquestes estructures tenen la capacitat de controlar la radiació electromagnètica de maneres úniques que no presenten els materials convencionals. És l'espai i la forma dels components d'un metamaterial determinat el que defineix el seu ús i la manera com controla la radiació electromagnètica. A diferència de la majoria dels materials convencionals, els investigadors en aquest camp poden controlar físicament la radiació electromagnètica alterant la geometria dels components del material. Les estructures de metamaterials s'utilitzen en una àmplia gamma d'aplicacions i en un ampli rang de freqüències, des de radiofreqüències fins a microones, terahertz, a través de l'espectre infraroig i fins a longituds d'ona gairebé visibles.
Absorbidors "Un absorbent electromagnètic no reflecteix ni transmet la radiació incident. Per tant, la potència de l'ona incident s'absorbeix principalment en els materials de l'absorbent. El rendiment d'un absorbent depèn del seu gruix i morfologia, i també dels materials utilitzats per fabricar-lo."
Un absorbent gairebé unitari és un dispositiu en què tota la radiació incident s'absorbeix a la freqüència de funcionament: la transmissivitat, la reflectivitat, la dispersió i tots els altres canals de propagació de la llum estan desactivats. Els absorbents d'ones electromagnètiques (EM) es poden classificar en dos tipus: absorbents ressonants i absorbents de banda ampla.
Principals concepcions Un absorbent de metamaterials utilitza el disseny del medi efectiu dels metamaterials i els components de pèrdua de la permitivitat i la permeabilitat magnètica per crear un material que té una alta proporció d'absorció de radiació electromagnètica. La pèrdua s'observa en aplicacions d'índex de refracció negatiu (metamaterials fotònics, metamaterials de sistemes d'antenes) o òptica de transformació (camuflatge de metamaterials, mecànica celeste), però normalment no és desitjable en aquestes aplicacions.
La permitivitat i la permeabilitat complexes es deriven dels metamaterials utilitzant l'enfocament del medi efectiu. Com a medis efectius, els metamaterials es poden caracteritzar amb un complex ε(w) = ε1 + iε2 per a la permitivitat efectiva i μ(w) = μ1 + iμ2 per a la permeabilitat efectiva. Els valors complexos de permitivitat i permeabilitat normalment corresponen a l'atenuació en un medi. La major part del treball en metamaterials se centra en les parts reals d'aquests paràmetres, que es relacionen amb la propagació de les ones en lloc de l'atenuació. Els components de pèrdua (imaginaris) són petits en comparació amb les parts reals i sovint es negligeixen en aquests casos.
Tanmateix, els termes de pèrdua (ε2 i μ2) també es poden modificar per crear una atenuació elevada i, en conseqüència, una gran absorció. Manipulant independentment les ressonàncies a ε i μ, és possible absorbir tant el camp elèctric com el camp magnètic incident. A més, un metamaterial es pot adaptar per impedància a l'espai lliure modificant la seva permitivitat i permeabilitat, minimitzant la reflectivitat. Així, es converteix en un absorbent altament capaç.
Aquest mètode es pot utilitzar per crear absorbents prims. Els absorbents convencionals típics són gruixuts en comparació amb les longituds d'ona d'interès, cosa que és un problema en moltes aplicacions. Com que els metamaterials es caracteritzen en funció de la seva naturalesa sublongitud d'ona, es poden utilitzar per crear absorbents efectius però prims. Això tampoc es limita a l'absorció electromagnètica.
Referències
Categoria:Electromagnetisme