I ricercatori della Cornell stanno proponendo un nuovo modo per modulare in tempo reale sia le qualità di assorbimento che di rifrazione dei metamateriali, e le loro scoperte aprono intriganti nuove opportunità di controllo, nel tempo e nello spazio, la propagazione e la diffusione delle onde per applicazioni in vari settori della fisica e dell'ingegneria delle onde.

La ricerca pubblicata sulla rivista ottica , "Causalità spettrale e dispersione delle onde, " è scritto dai dottorandi Zeki Hayran e Aobo Chen, SM. '19, insieme al loro consigliere, Francesco Monticoni, professore assistente presso la Scuola di Ingegneria Elettrica e Informatica della Facoltà di Ingegneria.

Il lavoro teorico mira ad espandere le capacità dei metamateriali di assorbire o rifrangere le onde elettromagnetiche. La ricerca precedente si limitava a modificare l'assorbimento o la rifrazione, ma il Monticon Research Group ha ora dimostrato che se entrambe le qualità sono modulate in tempo reale, l'efficacia del metamateriale può essere notevolmente aumentata.

Questi metamateriali modulati temporalmente, a volte indicati come "crono-metamateriali" possono aprire opportunità inesplorate e consentire progressi tecnologici nell'elettromagnetismo e nella fotonica.

"Ciò che dimostriamo, "Monticone ha detto "è che se si modulano entrambe le proprietà nel tempo, riesci ad assorbire le onde elettromagnetiche in modo molto più efficiente che in una struttura statica, o in una struttura in cui si modula individualmente uno di questi due gradi di libertà. Abbiamo unito questi due aspetti per creare un sistema molto più efficace".

I risultati potrebbero portare allo sviluppo di nuovi metamateriali con proprietà di assorbimento e diffusione delle onde che superano di gran lunga quanto attualmente disponibile. Per esempio, un assorbitore a banda larga deve essere più spesso di un certo valore per essere efficace, ma lo spessore del materiale limiterà le applicazioni del design.

"Per diminuire lo spessore e aumentare la larghezza di banda di un tale assorbitore, devi superare i limiti dei materiali convenzionali, "Hayran ha detto. "Uno dei modi per aggirare queste limitazioni è attraverso la modulazione temporale della struttura".

L'obiettivo del gruppo Monticone è quello di aprire nuove aree di ricerca per produrre applicazioni pratiche sempre più efficienti.

"Quello che stiamo cercando di fare non sono cambiamenti incrementali alla tecnologia, "Monticone ha detto. "Vogliamo cambiamenti dirompenti. Questo è davvero ciò che ci motiva. Quindi, come possiamo apportare un notevole miglioramento alla tecnologia, non solo un miglioramento incrementale? Fare quello, molto spesso, bisogna tornare ai fondamentali".

La nuova ricerca spinge i limiti dell'assorbimento delle onde elettromagnetiche utilizzando un altro grado di libertà, che è modulazione nel tempo, qualcosa che di solito non si fa in quest'area, ma ora riceve una crescente attenzione da parte della ricerca.

Con una nuova base teorica in atto, l'implementazione sperimentale di modulazioni temporali di questo tipo è la sfida per ulteriori ricerche. Un esperimento fisico dovrebbe prima progettare un meccanismo per controllare la modulazione delle qualità di assorbimento e rifrazione di un materiale nel tempo, che potrebbero includere raggi laser o componenti a microonde.

Le idee hanno implicazioni dirette per diverse applicazioni, come l'assorbimento radar a banda larga e l'invisibilità temporale e l'occultamento. Le applicazioni potrebbero estendersi anche ad altri domini della fisica delle onde come l'acustica e l'elastodinamica.

"Le nostre scoperte, e gli entusiasmanti risultati di altri ricercatori che lavorano in questo settore, evidenziare le molte opportunità offerte dai metamateriali variabili nel tempo per l'elettromagnetismo e la fotonica sia classici che quantistici, "Disse Monticone.