Metamaterial

Nun esiste una definición universalmente aceptada de metamaterial; nel sentíu más ampliu, tratar d'un material artificial que presenta propiedaes electromagnétiques inusuales, propiedaes que vienen de la estructura diseñada y non de la so composición, esto ye, son distintes a les de los sos constituyentes. Nun sentíu más estrictu, hai quien considera un metamaterial a aquél que constitúi una estructura periódica, que la so dimensión máxima sía menor que la llonxitú d'onda cola que vaya a trabayar. D'esta manera, la estructura diseñada podría considerase como una "molécula", y les sos propiedaes ser modelaes por aciu parámetros globales, permitividad, permeabilidá, índices de refraición.... esautamente igual a como se fai coles molécules presentes na naturaleza. Dalgunos amplíen esta definición incluyendo na mesma estructures aleatories (igual que na naturaleza esisten sólidos cristalinos, periódicos y sólidos amorfos) y tamién esiste quien nun considera la restricción del tamañu de la estructura, aceptando tamién como metamateriales a aquellos de dimensiones mayores que la llonxitú d'onda (cristales fotónicos). Otra manera, tamién esiste quien acuta entá más esa definición, considerando como metamateriales namái a aquellos que presenten coeficientes de refraición negativos (metamateriales "doble negativos" o "maniegos").^[1]

Los metamateriales tienen una gran importancia nos campos de la óptica y del electromagnetismu. Munchos estudios que se lleven a cabu anguaño van empobinaos al diseñu de nuevos materiales capaces de tener un índiz de refraición ajustable, la creación de "superlentes" qu'ameyoraríen drásticamente la calidá de les imáxenes pal diagnósticu médicu y otros usos.

Metamateriales Electromagnéticos

Los metamateriales son de particular importancia nel electromagnetismu (especialmente na óptica y la fotónica). Ellos presenten un considerable potencial pa una gran variedá d'aplicaciones óptiques y de microondes tales como nuevos tipos sistemes moduladores, banda de filtros de transición, lentes, acopladores de microondes, y antenes aleatories.

Con cuenta de les sos propiedaes funcionen en frecuencies del orde de les ondes electromagnétiques, los componentes estructurales d'un metamaterial tendríen de ser, en principiu, más pequeños que la llonxitú d'onda de la radiación electromagnética cola que interactúa. Asina, podríamos averar el so comportamientu neses frecuencies al d'un material homoxéneo, descritu con precisión por un índiz de refraición eficaz. Pa la lluz visible, que tien llonxitúes d'onda inferiores a un micrómetru (560 nanómetros pa la lluz solar), les estructures tendríen de ser del orde de la metá o menos de la metá d'esti tamañu, esto ye, menos de 280 nanómetros. En frecuencies de microondes, les estructures namái tienen de ser del orde d'un decímetru.

Los metamateriales polo xeneral consisten n'estructures periódiques, y, por tanto, tienen munches semeyances colos cristales fotónicos; ello ye que munchos autores inclúin estos postreros dientro de la categoría de metamateriales. Sicasí, los cristales fotónicos consten d'estructures de tamañu cimeru a la llonxitú d'onda na que funcionen, y, por tanto, el so comportamientu nun puede averase al d'un material homoxéneo efectivu.

Metamateriales "maniegos" o doble negativos

La esistencia de metamateriales "maniegos" (LHM) o "doble negativos" (DNG) foi formulada teóricamente per primer vegada pol científicu soviéticu Victor Veselago, en 1968.^[2] J. B. Pendry foi'l primeru en teorizar una forma práutica d'implementar tal metamaterial. "Maniegu" nesti contestu significa un material nel que la "regla de la mano derecha" nun ye obedecida, lo que dexa qu'una onda electromagnética tresmita enerxía (con una velocidá de grupu) na direición opuesta a la so velocidá de fase. La idea inicial de J. B. Pendry, yera qu'una distribución de cables metálicos alliniaos a lo llargo de la direición d'espardimientu de la onda dan llugar a una permitividad efectiva negativa (ε <0). Sicasí, esisten materiales naturales (como Ferroeléctricos) con permitividad negativa: el retu yera construyir un material que tuviera coles mesmes una permeabilidá negativa (μ <0). En 1999, Pendry demostró qu'un aniellu (en «C») cola exa a lo llargo de la direición d'espardimientu podría apurrir esa permeabilidá negativa.^[3] D'esa manera, una distribución periódica d'esos cables y aniellos podía dar llugar a un índiz de refraición efectivu negativu.

L'analoxía ye la siguiente: Los materiales naturales tán fechos d'átomos, que se polarizan en presencia de campos electromagnéticos. Los dipolos asina formaos pueden modificar la velocidá de la lluz por un factor "n" (l'índiz de refraición). L'aniellu d'alambre y los cables desempeñen el papel de dipolos atómicos: el cable actúa como un átomu ferroeléctrico, ente que l'aniellu actúa como un inductor "L" y la seición abierta como un condensador "C". L'aniellu nel so conxuntu, poro, actúa como un circuitu "LC". Cuando'l campu electromagnético pasa pol aniellu, xenérase una corriente inducida, que da llugar a un campu perpendicular al incidente. A la frecuencia de resonancia del aniellu, la resultancia equival a una permeabilidá negativa, y asina l'índiz de refraición ye tamién negativu.

Notes y referencies

↑ G. V. Eleftheriades, K. G. Balmain (2005). Negative Refraction Metamaterials: Fundamental Principles and Applications (n'inglés). Wiley-IEEE Press. ISBN 0-471-60146-2.
↑ Veselago, V. G. (1968). «The electrodynamics of substances with simultaneously negative values of [permittivity] and [permeability]». Soviet Physics Uspekhi 10 (4): páxs. 509–514. doi:10.1070/PU1968v010n04ABEH003699.
↑ Pendry, J. B. (1999). «Magnetism from Conductors and Enhanced Nonlinear Phenomena». IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 47 (11): páxs. 2075–2084. doi:10.1109/22.798002.

Ver tamién

Enllaces esternos

Metamateriales Web Group
Rede Española de Metamateriales
propiedaes-de-la lluz/ Metamateriales que varien el comportamientu de la lluz. (enllaz rotu disponible n'Internet Archive; ver l'historial y la última versión).

[1] G. V. Eleftheriades, K. G. Balmain (2005). Negative Refraction Metamaterials: Fundamental Principles and Applications (n'inglés). Wiley-IEEE Press. ISBN 0-471-60146-2.

[Veselago1-2] Veselago, V. G. (1968). «The electrodynamics of substances with simultaneously negative values of [permittivity] and [permeability]». Soviet Physics Uspekhi 10 (4): páxs. 509–514. doi:10.1070/PU1968v010n04ABEH003699.

[Pendry1-3] Pendry, J. B. (1999). «Magnetism from Conductors and Enhanced Nonlinear Phenomena». IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 47 (11): páxs. 2075–2084. doi:10.1109/22.798002.

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