Cornell-forskare föreslår ett nytt sätt att modulera både de absorberande och brytande egenskaperna hos metamaterial i realtid, och deras resultat öppnar spännande nya möjligheter att kontrollera, i tid och rum, utbredning och spridning av vågor för tillämpningar inom olika områden av vågfysik och teknik.

Forskningen publicerad i tidskriften Optica , "Spektral kausalitet och spridning av vågor, " är författad av doktoranderna Zeki Hayran och Aobo Chen, FRÖKEN. '19, tillsammans med sin rådgivare, Francesco Monticone, biträdande professor vid School of Electrical and Computer Engineering vid Engineering College.

Det teoretiska arbetet syftar till att utöka metamaterialens förmåga att absorbera eller bryta elektromagnetiska vågor. Tidigare forskning var begränsad till att modifiera antingen absorption eller refraktion, men Monticone Research Group har nu visat att om båda egenskaperna moduleras i realtid, metamaterialets effektivitet kan ökas avsevärt.

Dessa temporärt modulerade metamaterial, ibland kallade "krono-metamaterial" kan öppna outforskade möjligheter och möjliggöra tekniska framsteg inom elektromagnetik och fotonik.

"Det vi visar, " Monticone sa, "är att om du modulerar båda egenskaperna i tid, du lyckas absorbera elektromagnetiska vågor mycket mer effektivt än i en statisk struktur, eller i en struktur där du modulerar någon av dessa två frihetsgrader individuellt. Vi kombinerade dessa två aspekter för att skapa ett mycket mer effektivt system."

Fynden kan leda till utvecklingen av nya metamaterial med vågabsorptions- och spridningsegenskaper som vida överträffar vad som finns tillgängligt idag. Till exempel, en bredbandsabsorbent måste vara tjockare än ett visst värde för att vara effektiv, men materialtjockleken kommer att begränsa tillämpningarna av designen.

"För att minska tjockleken och öka bandbredden för en sådan absorbator, du måste övervinna begränsningarna hos konventionella material, "Sa Hayran. "Ett av sätten att kringgå dessa begränsningar är genom att temporärt modulera strukturen."

Målet för Monticones grupp är att öppna nya forskningsområden för att producera allt effektivare praktiska tillämpningar.

"Vad vi försöker göra är inte stegvisa förändringar av tekniken, ", sa Monticone. "Vi vill ha störande förändringar. Det är verkligen det som motiverar oss. Så hur kan vi göra en dramatisk förbättring av tekniken, inte bara en stegvis förbättring? Att göra det, väldigt ofta, du måste gå tillbaka till grunderna."

Den nya forskningen tänjer på gränserna för elektromagnetisk vågabsorption genom att använda en annan grad av frihet, som är modulering i tid, något som vanligtvis inte görs inom detta område, men får nu allt större forskningsuppmärksamhet.

Med en ny teoretisk grund på plats, Att experimentellt implementera tidsmoduleringar av detta slag är utmaningen för vidare forskning. Ett fysiskt experiment skulle först behöva designa en mekanism för att kontrollera moduleringen av absorptiva och brytande egenskaper hos ett material över tid, som kan inkludera laserstrålar eller mikrovågskomponenter.

Idéerna har direkta konsekvenser för flera tillämpningar, såsom bredbandsradarabsorption och tidsmässig osynlighet och cloaking. Tillämpningar kan också sträcka sig till andra domäner av vågfysik som akustik och elastodynamik.

"Våra fynd, och de spännande resultaten från andra forskare som arbetar inom detta område, lyfta fram de många möjligheter som tidsvarierande metamaterial erbjuder för både klassisk och kvantelektromagnetik och fotonik, sa Monticone.