Att använda plasma för att styra mikrovågor för att stråla direkt energi mot en specifik punkt utforskas för deras hållbarhet i högenergifält och deras omkonfigurerbara struktur. Högeffekts mikrovågsstrålar, liknande laser, kan överföra energi i höga hastigheter över långa avstånd, opåverkad av vind, allvar, eller andra krafter. Flygingenjörer vid University of Illinois i Urbana-Champaign simulerade ett metamaterial bildat av plasmastrukturer för att demonstrera dess potential att ställa in mikrovågsfrekvenser.

"I simuleringen, vi fokuserade på atmosfäriska plasmafotoniska kristaller - en struktur som bildas av plasmakolonner, cirka 0,1 till 0,8 millimeter i diameter, ordnade i kolumner och rader - tänk på det som en prydligt ordnad liten plasmaskog. I sista hand, vi försöker hitta vilka rattar vi ska vrida på – plasmadensitet, kolumnavstånd, kolumnradie – för att bäst kontrollera mikrovågsfrekvensen som passerar genom strukturen, " sa Matt Paliwoda, en doktorand som arbetar med docent Joshua Rovey vid avdelningen för flygteknik vid U of I.

Paliwodas simulering koncentrerade sig på att förutsäga frekvensbandgapen som förbjuder vissa frekvenser från att penetrera ett material, genom att ändra materialstrukturen.

"Det blockerar bara det helt. När du skickar en mikrovågsugn mot ett material kan det lätt passera genom det, men det kan också reflekteras. Vid dessa bandgap, det reflekterar, förbjuder frekvensen, " han sa.

"När du plockar en gitarrsträng, den vibrerar med en viss frekvens, vilket beror på strängens längd, " sa Paliwoda. "För att ändra frekvensen, du kan sätta en klämma på ena änden av strängen för att förkorta den vibrerande längden och förhindra att den vibrerar vid andra frekvenser. När det gäller plasma, avståndet mellan kolumnerna är vår sträng där mikrovågsenergi kan svänga medan plasmakolonnerna är de fasta ändarna av strängen. På det här sättet, plasmastrukturen tillåter mikrovågsenergin att svänga vid vissa våglängder - vissa frekvenser - och blockerar andra."

Materialets arrangemang eller struktur kan avgöra hur mikrovågsenergin bryts och riktas mot ett mål. Han sa att fotoniska kristaller och metamaterial har elektromagnetiska egenskaper som inte finns i naturliga material.

Riktad energi kan användas i militära tillämpningar men Paliwoda sa att den också kan användas för att ladda satelliter i rymden eller möjligen för att flytta satelliter till en högre omloppsbana.

Paliwoda tog en kandidatexamen från University of Washington, och en magisterexamen vid Missouri University of Science and Technology, när Rovey var på fakulteten där.

"Jag var intresserad av användningen av plasmaställdon över en vinge, men när jag kom till Illinois, Jag gick verkligen ner i kaninhålet och började dyka in i en del av metamaterialens elektromagnetiska egenskaper. Jag har gått ett antal kurser i mikrovågor och även en kurs i plasmavågor, så jag planerar att fortsätta arbeta inom detta riktade energiområde, om inte specifikt med plasmafotoniska kristaller, " han sa.

Studien, "Flera parametrar utrymme bandgap kontroll av omkonfigurerbar atmosfärisk plasma fotonisk kristall, " skriven av Matthew C. Paliwoda och Joshua L. Rovey visas i Plasmas fysik .