MIT-Forscher Fabrizieren Leichtes Metamaterial Objektiv 3D

Published on November 16, 2012 at 6:35 AM

In vieler Hinsicht sind metamaterials übernatürlich. Diese künstlichen Materialien, mit ihren verwickelt konstruierten Zellen, verbiegen elektromagnetische Wellen auf Arten, die für die Materialien unmöglich sind, die in der Natur gefunden werden.

Die Orientierung von 4.000 S-förmigen Geräten bildet ein metamaterial Objektiv, das Funkwellen mit extremer Präzision fokussiert, und die sehr wenig verlorene Energie. (Foto: Dylan Erb)

Wissenschaftler forschen metamaterials nach, damit ihr Potenzial Unsichtbarkeitsmäntel - Materialien, die Leuchte brechen, um eine Nachricht im einfachen Anblick zu verstecken - und „Superobjektive ausführt,“ fokussieren die Leuchte über der Reichweite der optischen Mikroskope hinaus zu den Bildnachrichten an nanoscale Detail.

Forscher an MIT haben jetzt ein dreidimensionales fabriziert, leichtes metamaterial dieses Objektiv Funkwellen der Fokusse mit extremer Präzision. Die Konkavlinse weist ein Eigentum auf, das die negative Brechung genannt wird und genau verbiegt elektromagnetische Wellen - in diesem Fall, Funkwellen - in der gegenüberliegenden Richtung, von der eine normale Konkavlinse arbeiten würde.

Konkavlinsen strahlen gewöhnlich Funkwellen wie Speichen von einem Rad aus. In diesem neuen metamaterial Objektiv jedoch laufen konzentrieren sich Funkwellen zusammen und auf einen einzelnen, genauen Punkt - ein Eigentum, das unmöglich ist, in den natürlichen Materialien zu wiederholen.

Für Isaac Ehrenberg, erwähnt ein MIT-Student im Aufbaustudium im Maschinenbau, die Einheit ein Bild vom Film „Star Wars“: der TodesStern, eine Raumstation, die Laserstrahlen von einem konkaven Teller schießt, die Laser, die zu einem Punkt zusammenlaufen, um nahe gelegene Planeten zu zerstören. Während fabriziertes Objektiv der Forscher' keine planetarischen Gehäuse in naher Zukunft sprengen wird, sagt Ehrenberg, dass es andere mögliche Anwendungen für die Einheit, wie molekulare und Tiefplatz Darstellung gibt.

„Es gibt keinen festen Block jedes möglichen Materials im Periodensystem, das diesen Effekt erzeugt,“ Ehrenberg sagt. „Diese Einheit bricht Funkwellen wie kein anderes Material, das gefunden wird in der Natur.“

Ehrenberg veröffentlichte die Ergebnisse seiner Forschung im Zapfen der Angewandten Physik. Seine Mitverfasser auf dem Papier sind Sanjay Sarma, die Fred-Fort-Blumen und der Daniel-Fort-Blumen-Professor des Maschinenbaus an MIT und Bae-Ian Wu, ein Forscher am Luftwaffen-Forschungslabor.

Formung einer Zelle

Die außerordentlichen Eigenschaften metamaterials werden in großem Maße durch seine Zelle bestimmt -, die ähnlich ist, wie die Kristalle eines Diamanten Stärke zuteilen. Ein Material kann Leuchte abhängig von der Form von einzelnen Geräten innerhalb eines Materials und die Anordnung für jene Geräte als Ganzes anders als brechen.

Vor diesem neuen Papier haben Wu und andere studiert, wie bestimmte Formen von metamaterials die Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen beeinflussen können. Das Team fand eine blocky, S-förmige „Gerätenzelle“ deren Form Richtungen der Funkwellen insbesondere bricht. Ehrenberg verwendete die Gerätenform als die Basis für seine Konkavlinse und erstellte die raue Form von mehr als 4.000 Gerätenzellen, jedes nur einige mm breit.

Um seine Auslegung zu fabrizieren, verwendete Ehrenberg 3-D Drucken, Gebäude ein Objektivschicht durch verwickelte Schicht von einer Polymerlösung. Er wusch dann weg jeden möglichen Rückstand mit einem Hochdruckwasserstrahl und jeder Schicht mit einem feinen Nebel des Kupfers beschichtet, um dem Objektiv eine leitfähige Oberfläche zu geben.

Um das Objektiv zu prüfen, legten die Forscher die Einheit zwischen zwei Radioantennen und maßen die Energie, die durch sie übertragen wurde. Ehrenberg fand, dass die meisten der Energie in der Lage war, sich durch das Objektiv zu bewegen, mit sehr wenig verlorenem innerhalb des metamaterial - eine beträchtliche Verbesserung in der Energieeffizienz im Vergleich zu letzter Negativbrechung konstruiert. Das Team fand auch, dass Funkwellen vor dem Objektiv an einem sehr spezifischen Punkt zusammenliefen und einen festen erstellten, fokussierten Träger.

Darstellungsplatz und jenseits

Sarma sagt, dass die Kombination des „dämpfungsärmen“ und festen Fokus der Einheit ein viel versprechender Schritt in Richtung zur Technik von praktischen metamaterial Objektiven ist.

„Es gibt viele Phänomene in der Welt, die Sie demonstrieren können, aber, ob Sie erzielen können, ist es an der Schuppe der Punkt,“ sagt Sarma. „Wir haben genommen das negative Brechungskonzept vom Reich des Machbarkeitsnachweises zum Reich der praktischer Anwendbarkeit.“

Die Einheit, die kleiner als ein Pound wiegt, wird verwendet möglicherweise, um Funkwellen auf Moleküle genau zu richten, um hochauflösende Bilder zu erstellen - Bilder, die aktuell unter Verwendung der sperrigen, schweren und teuren Objektive produziert werden. Ehrenberg sagt, dass solch eine leichte Einheit an den Satelliten zu den Bildsternen und an anderen Himmelskörpern in Platz auch montiert werden könnte, „wo möchten Sie kein stämmiges Objektiv oben holen.“

Cheng Sun, ein Assistenzprofessor des Maschinenbaus an der Northwestern-Universität, sagt, dass die metamaterial Auslegung eine viel versprechende Vorführung ist, die möglicherweise zu stärkere, schnellere Telekommunikation führt.

„Die dämpfungsärme Auslegung kann ein beträchtlicher Schritt nach vorn in Richtung zu den praktischen Anwendungen an der Mikrowelle betrachtet werden, oder Hochfrequenzreichweiten,“ sagt Sun.

Über dem Objektiv hinaus' Anwendungen, sagt Ehrenberg, dass seine Fälschung einfach und leicht wiederholt ist, anderen Wissenschaftlern erlaubend, 3-D metamaterial Auslegungen nachzuforschen.

„Sie können den Platz von metamaterials wirklich völlig erforschen,“ sagt Ehrenberg. „Es gibt ein Ganzes andere Abmessung, dass jetzt Leute in der Lage sind, zu untersuchen.“

Quelle: http://web.mit.edu

Last Update: 16. November 2012 07:48

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