После десятилетий теоретизирования на основе физики исследователям удалось создать новый оптический метаматериал с использованием обычных материалов. Его усиленный электромагнитный эффект может сделать настоящее одностороннее стекло реальностью, а солнечные панели — более эффективными.
Реакция традиционного материала на электрические и магнитные поля – и, следовательно, на свет – определяется атомами. Однако в оптических метаматериалах атомы заменяются метаатомами, которые можно структурно спроектировать так, чтобы они обладали свойствами, редко встречающимися в природе, что позволяет создавать конструкции, вызывающие уникальные электромагнитные отклики и позволяющие точно манипулировать светом на наноуровне.
<р>Способность контролировать и манипулировать светом на наноуровне открывает множество применений метаматериалов в различных областях. Теперь исследователи из Университета Аалто в Финляндии создали новый оптический метаматериал, который может сделать реальностью настоящее одностороннее стекло.
В своей наиболее общей форме магнитоэлектрический (МЭ) эффект означает связь между магнитными и электрическими свойствами материала. Хотя влияние намагничивания на традиционные материалы на оптических частотах незначительно, его можно усилить с помощью метаматериалов, где намагниченность может индуцироваться электрической составляющей света, а поляризация может создаваться магнитной составляющей.
Предыдущие исследования показали, что магнетизм силен на микроволновых частотах, вызывая выраженные МЭ-эффекты в этом спектральном диапазоне. Несмотря на два десятилетия теоретизирования, до сих пор было трудно реализовать метаматериал, действующий за пределами этого диапазона.
Схема полный электромагнитный спектрDepositphotos
Новый метаматериал основан на невзаимном магнитоэлектрическом (NME) эффекте. Не вдаваясь в подробности физики, эффект NME подразумевает, что свойства намагничивания и поляризации материала связаны с различными компонентами света или других электромагнитных волн.
«Пока эффект NME не привел к реальному промышленному применению», — сказал Шади Сафаи Джази, ведущий автор исследования. «Большинство предложенных подходов будут работать только с микроволнами, а не с видимым светом, и их также невозможно изготовить с помощью доступных технологий».
Исследователи успешно преодолели эти проблемы, используя существующие технологии и методы нанопроизводства для создания трехмерный оптический метаматериал NME, отдельные метаатомы которого, изготовленные из обычных материалов, кобальта и кремния, самопроизвольно намагничиваются.
Новый метаматериал открывает путь к приложениям, для работы которых в противном случае потребовалось бы сильное внешнее магнитное поле, например, для настоящего одностороннего стекла. Современное так называемое «одностороннее» стекло на самом деле просто полупрозрачно, пропуская свет в обоих направлениях. Оно действует как одностороннее стекло, когда существует разница в яркости между двумя сторонами. Однако одностороннему стеклу на основе NME не потребуется такая разница в яркости, поскольку свет может проходить через него только в одном направлении.
«Просто представьте, что у вас дома, в офисе, есть окно с таким стеклом. или машину», — сказал Сафаи. «Независимо от яркости снаружи, люди не смогут ничего увидеть внутри, в то время как вы будете наслаждаться прекрасным видом из окна.
Метаматериал также может сделать солнечные элементы более эффективными, блокируя тепловые выбросы, которые существующие клетки излучают обратно к солнцу, уменьшая количество улавливаемой ими энергии.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.
