Un team di ingegneri e fisici della UCLA, UC San Diego e Imperial College di Londra ha creato con successo un "metamateriali" che mostra forti, attività sintonizzabile magnetici a frequenze terahertz. In un articolo apparso nel numero del 5 marzo della rivista Science, i ricercatori descrivono come hanno progettato e costruito un nuovo materiale con proprietà senza precedenti. "Creazione di una attività magnetica al limite delle frequenze ottiche è la prima pietra miliare verso la realizzazione magnetismo ottica, che non si trova in materiali naturali a causa della mancanza di un monopolo magnetico", ha detto il leader del progetto Xiang Zhang, un professore del UCLA Henry Samueli Scuola di Ingegneria e Scienze Applicate. "E ci permetterà di iniziare a sviluppare materiali e dispositivi che operano nel divario tra frequenze ottiche e frequenze delle microonde. E apre le porte a nuove applicazioni in campi quali la medicina, bio-sensing e la sicurezza di imaging". Il campo di metamateriali si basa essenzialmente sulla fisica designer - progettazione ricercatori e creare nuovi materiali con una serie di desiderata proprietà fisiche che non esistono in natura. Manipolando le strutture, gli scienziati possono creare materiali con proprietà non presenti nel materiale base. I recenti progressi in questo campo ha reso possibile per il team di Zhang di costruire un sistema che presenta proprietà magnetiche alle alte frequenze. "La gamma dei materiali di essere ingegnerizzati è illimitato, nonostante il numero relativamente piccolo di elementi presenti in natura," ha detto Zhang. C'è stato un crescente interesse nella possibilità di applicazioni che operano a frequenze più elevate in biologico e la sicurezza di imaging, le impronte digitali biomolecolari e telerilevamento e la guida in tempo zero la visibilità. I materiali che mostrano una risposta magnetica a terahertz (THz) e frequenze ottiche sono raramente presenti in natura, ma Zhang ponti metamateriale questa lacuna. Presenta attività magnetica che è ampia larghezza di banda e sintonizzabile in tutta frequenze THz. "Alle frequenze più alte, sarebbe possibile sviluppare nuovi strumenti per l'imaging di sicurezza o mediche", ha detto Zhang. "Gli strumenti che diventano più piccoli, e potrebbe anche rilevare le minacce biologiche come l'antrace o coltelli di plastica che i metodi di sicurezza attuali, come macchine a raggi X, non può identificare. Non siamo ancora arrivati, ma ci stiamo avvicinando. " La svolta è il culmine di quattro anni di ricerca collaborativa a UCLA, UCSD e dell'Imperial College. Finanziato dal Office of Naval Research degli Stati Uniti e la Defense Advanced Research Projects Agency programma MURI, i ricercatori dell'UCLA ha avviato il progetto, che si basa su teorie proposte dai loro colleghi all'Imperial College. L'attività magnetica di materiali naturali tende a svanire a frequenze più elevate, il che rende difficile sostenere magnetismo a frequenze ottiche. Per risolvere questo problema, il team di ricerca ha sviluppato una struttura che si estende la gamma di frequenza di metamateriali da più di due ordini di grandezza. Le nuove proprietà sono state create con l'apertura di un gap che consente alla struttura di risuonare a frequenze più elevate. Mimando l'effetto magnetico su scala molto più piccola, i ricercatori sono stati in grado di creare attività magnetica a quasi frequenze ottiche utilizzando comuni materiali non magnetici come il rame. I risonatori diviso anello che compongono l'array periodici sono state realizzate utilizzando un unico auto-allineamento tecnica di microfabbricazione detta foto-proliferazione-processo. I ricercatori dell'UCLA sono tra i primi a sviluppare e dimostrare con successo l'uso di questa tecnica, che produce una ben definita forma con spigoli vivi e una densità molto alta di riempimento. Il team ha inoltre scoperto che, regolando i parametri del risonatori anello, avrebbero potuto regolare la larghezza di banda magnetica della risposta ad una specifica frequenza. "Progettare THz o dispositivi ottici e componenti ha molte sfide," ha detto Zhang. "Il nostro lavoro fornisce una nuova base per la selezione dei materiali e il design del dispositivo, e pensiamo che abbia le potenzialità per consentire una serie completamente nuova di applicazioni". Prima che i ricercatori possono realizzare il pieno potenziale delle applicazioni operanti a queste frequenze più elevate, devono affrontare sfide quali i limiti delle attuali tecniche di nano-fabbricazione e di scattering di elettroni sulla superficie dei materiali. La recente costituzione della National Science Foundation nano-scala Scienza e Engineering Center diretto da Zhang alla UCLA sta portando nuovi approcci per risolvere questi problemi. Il Centro per scalabile e Integrated Manufacturing Nano sta sviluppando nuovi nano-tecnologie di fabbricazione e di strumenti che permetteranno di costo-efficacia nano-dispositivi e sistemi. |