Infraröd bild av metadrev bestående av vanadiumdioxid med guldmönstrat nät. (Överst) Enhet utan elektrisk ström som visar PSU -skärningen från mönstret och reflekterande. (Mitten) Enhet med 2,03 ampere ström. PSU:n och bakgrunden ser nu likadana ut, PSU har bleknat i bakgrunden. (Nederst) Enhet med 2,20 ampere ström. Bakgrunden är nu reflekterande medan PSU inte är det. Upphovsman:Douglas Werner / Penn State
En elektrisk ström kommer inte bara att värma ett hybridmetamaterial, men kommer också att utlösa det att ändra tillstånd och blekna i bakgrunden som en kameleont i vad som kan vara proof-of-concept för den första kontrollerbara metamaterialanordningen, eller metadevice, enligt ett team av ingenjörer.
"Tidigare metamaterialarbete fokuserade främst på att dölja föremål så att de var osynliga i radiofrekvensen eller andra specifika frekvenser, "sa Douglas H. Werner, John L. och Genevieve H. McCain ordförande professor i elektroteknik, Penn State. "Här försöker vi inte få något att försvinna, men för att få den att smälta in i bakgrunden som en kameleont och vi arbetar i optiska våglängder, specifikt i det infraröda. "
Metamaterial är syntetiska, kompositmaterial som har egenskaper som inte ses i naturmaterial. Dessa kompositer härleder sin funktionalitet genom sin inre struktur snarare än genom sin kemiska sammansättning. Befintliga metamaterial har ovanliga elektromagnetiska eller akustiska egenskaper. Metadevices tar metamaterial och gör något av intresse eller värde som vilken enhet som helst gör.
"Nyckeln till detta metamaterial och metadevice är vanadiumdioxid, en fasförändringskristall med en fasövergång som utlöses av temperaturer som skapas av en elektrisk ström, "sa Lei Kang, forskningsassistent i elektroteknik, Penn State.
Skannande elektronmikroskopbild av guldmönstrat nät som används i metadevice. (A) är den övre delen av U -urskärningen. (B) är en förstorad titt på nätet från samma område. Upphovsman:Douglas Werner / Penn State
Metamaterialet består av ett guldlager som är tillräckligt tjockt så att ljus inte kan passera genom det. Ett tunt lager aluminiumdioxid separerar guldet från det aktiva vanadiumdioxidskiktet. Ytterligare ett lager aluminiumdioxid separerar vanadin från ett guldmönstrat lager som är fäst vid en extern elektrisk källa. Geometrin hos den mönstrade nätskärmen styr det funktionella våglängdsområdet. Mängden ström som flödar genom enheten styr Joule -värmeeffekten, värmen på grund av motstånd.
"Den föreslagna metadelenheten integrerad med nya övergångsmaterial utgör ett stort steg framåt genom att tillhandahålla en universell strategi för att skapa självförsörjande och mycket mångsidiga nanofotoniska system, "sa forskarna i dagens (27 oktober) nummer av Naturkommunikation .
Som ett bevis på konceptet, forskarna skapade en .035 tum för .02 tum enhet och skar bokstäverna PSU i guldnätskiktet så vanadiumdioxid visade sig igenom. Forskarna fotograferade enheten med en infraröd kamera på 2,67 mikron. Utan att någon ström strömmar genom enheten, PSU sticker ut som mycket reflekterande. Med en ström på 2,03 ampere, PSU bleknar i bakgrunden och blir osynlig, medan vid 2,20 ampere, PSU är tydligt synlig men bakgrunden har blivit mycket reflekterande.
Vanadiumdioxidens svar kan ställas in genom att ändra strömmen som flyter genom enheten. Enligt forskarna, vanadiumdioxid kan ändra tillstånd mycket snabbt och det är enhetskonfigurationen som begränsar inställningen.
