Yeni metamalzemeler: güneş pillerinde ve nano-optik cihazlarda kullanılabilir!
Kılavuz
Yakın zamanda, Rusya Ulusal Araştırma Üniversitesi'nin Moskova Devlet Çelik ve Alaşımları Enstitüsü (NUST MISIS) Süperiletken Metamalzemeler Laboratuvarı araştırma ekibi, benzersiz ve üretimi kolay bir dielektrik metamalzeme geliştirdi. Araştırmacılar, en yeni optik cihazları yapmak için kolayca kullanabilirler.
arka fon
Metamalzemeler olarak da bilinen metamalzemeler, genellikle yapay olarak tasarlanmış yapılar aracılığıyla gerçekleştirilen ve doğal malzemelerin sahip olamayacağı olağanüstü fiziksel özelliklere sahip kompozit malzemeleri ifade eder. Örneğin, metamalzemeler, sıradan malzemelerin başaramadığı işlevleri elde etmek için ışık dalgalarını, ses dalgalarını, elektromanyetik dalgaları vb. Manipüle edebilir.
Tipik metamalzemeler arasında solak malzemeler, fotonik kristaller, süper manyetik malzemeler, metalik su, vb. Yer alırlar. Genellikle negatif geçirgenlik, negatif dielektrik sabiti, negatif kırılma indisi ve benzeri gibi "olağanüstü" fiziksel özellikler sergilerler.
Metamalzemeler, geniş bir uygulama yelpazesine sahip çok popüler bir ileri teknolojidir.Uygulama alanları şunları içerir: optik fiber, tıbbi ekipman, havacılık, sensörler, altyapı izleme, akıllı güneş yönetimi, radom, radar anteni, akustik gizli teknoloji , Atık ısı kullanımı, terahertz, mikroelektronik, dalga emici malzemeler, holografik teknoloji vb. Yazar, metamalzemelerle ilgili bazı araştırma vakalarını tanıttı, örneğin:
1) Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Duke Üniversitesi'nden araştırmacılar ilk kez metamalzemelerden yapılmış, yalnızca hızla değişen kızılötesi desenleri göstermekle kalmayıp aynı zamanda atık ısıyı da kullanabilen bir kızılötesi yayan cihaz tasarladı. Ek olarak, bu yeniden yapılandırılabilir metamalzemenin, dinamik kızılötesi optik pelerinlere veya kızılötesi aralıktaki negatif kırılma indisi ortamına uygulanması beklenecektir.
(Resim kaynağı: Referans malzemeleri [2])
2) California Üniversitesi, San Diego'daki mühendisler, yarı iletkenler gerektirmeyen ilk mikroelektronik cihazı üretti. Bu tür minyatür cihazları yapmak için metamalzemeler kullandılar. Düşük voltajlı ve düşük güçlü bir lazer ile aktive edildiğinde, cihazın iletkenliği 10 kat artacaktır.
(Resim kaynağı: Applied Electromagnetics Group, University of California, San Diego)
3) Los Angeles Kaliforniya Üniversitesi'ndeki araştırma ekibi, terahertz ve kızılötesi bantlar gibi yüksek frekanslı elektromanyetik dalgaları kontrol edebilen bir meta malzeme geliştirdi. Bu teknoloji, terahertz ve kızılötesi frekans görüntüleme, algılama ve iletişim teknolojilerini daha güvenilir, düşük maliyetli, basit ve yüksek hızlı hale getirecek.
(Resim kaynağı: California Üniversitesi, Los Angeles)
Yenilikçilik
Bugün, meta malzemelerle ilgili başka bir araştırma sonucuna bakalım. Son zamanlarda, Moskova Devlet Çelik ve Alaşımları Enstitüsü (NUST MISIS) Süperiletken Metamalzemeler Laboratuvarı'nın araştırma ekibi, kıdemli öğretim görevlisi ve teknik bilim araştırma adayı Alexey Basharin'in önderliğinde, benzersiz ve üretimi kolay bir Dielektrik metamalzemeler. Araştırmacılar, en yeni optik cihazları yapmak için kolayca kullanabilirler.
(Resim kaynağı: NUST MISIS Laboratuvarı)
Son zamanlarda, ilgili araştırma sonuçları "LaserPhotonics Reviews" dergisinde yayınlandı.
teknoloji
Anapole, elektromanyetik radyasyona şeffaf olan, emisyon yapmayan bir difüzördür. 2017 yılında, Süperiletken Metamalzemeler Laboratuvarı'ndan araştırma ekibi ve Yunanistan'daki Girit Üniversitesi'ndeki (Heraklion) meslektaşları anapolü ideal bir rezonatör olarak kullandı. Dışarıdan ışınlandığında, anapol tüm enerjiyi içinde tutar ve elektromanyetik salınım çok yavaş ölür.
Süper malzeme. m manyetik dipol momenti, J akım döngüsü, T halkası dipol momenti.
(Resim kaynağı: NUST MISIS Laboratuvarı)
Metal metamalzemelerle karşılaştırıldığında, dielektrik metamalzemeler daha ümit vericidir, çünkü elektromanyetik radyasyon altında ısı üretmezler ve dolayısıyla enerji dağılımını en aza indirirler. Her dielektrik metamalzeme, optik spektrumdaki rezonansını bile kontrol edebilir.
Araştırma ekibinin araştırma çalışması, metamalzemelerin araştırılması ve geliştirilmesi için yeni bir yönü işaret ediyor. Daha önce, dielektrik metamalzemeler, karmaşık dielektrik (küresel veya silindirik) nanopartiküller veya biriktirilmiş çeşitli nano katmanlarla üretiliyordu.
Bununla birlikte, Süperiletken Metamalzemeler Laboratuvarı'nın araştırma ekibi, silikon veya diğer dielektrik filmlerde delikler açarak süper malzemeler yapmak için yeni bir yöntem gösterdi. En basit yöntemlerden biri Odaklanmış İyon Işını (FIB) teknolojisini kullanmaktır Bu odaklanmış iyon ışını, 5 nanometre boyutuna kadar delikler açabilir.
değer
Projenin lideri Alexey Basharin şunları söyledi: "Deneyin teorik bölümünde, optik frekans aralığı içinde, güçlü elektromanyetik alan konumlandırma ve sensör araştırması için çok elverişli olan özel bir anapol durumunun uyarılabileceğini göstermeyi başardık. Bu metamalzemelerin elektromanyetik dalgalara karşı şeffaf olabileceğini bulduk. Silikon kullanan gerçek deneyler, teknolojimizin, örneğin güneş pilleri için silikon plakaların şeffaflığını büyük ölçüde artırabileceğini doğruladı. "
Bilim adamları, bu yeni tip metamalzemenin silikon nano-optik cihazlarda ve güneş pillerinde kullanılabileceğini söyledi. Bu araştırmanın deneysel kısmı şu anda RAS ve uluslararası ortaklar tarafından yürütülmektedir.
Anahtar kelime
Silikon, güneş pilleri, nano, optik, metamalzemeler
Referans
[1]
[2] X. Liu, W.J. Padilla, "Yeniden yapılandırılabilir oda sıcaklığı metamalzeme kızılötesi yayıcı," Optica, Cilt 4, Sayı 4, 430-433 (2017).
DOI: 10.1364 / optica.4.000430
[3]
