Ameerika valitsuse energeetikaministeeriumi Ames Laboratooriumi teadlased arendasid metamaterjali struktueerimisel ning omaduste modelleerimisel kasutatavate juhimaterjalide otsimiseks välja uue meetodi. Töö avaldati teadusajakirjas Nature Photonics.
Artiklis avaldatud kolmedimensionaalse metamaterjali mudel.
Metamaterjalidel on energeetikasektorile huvipakkuvaid omadusi. Tavamaterjalid murravad murdumistasandis valguse teisele poole pinnanormaali, samas kui metamaterjalid on suutelised valgust murdma samale poole normaali. Selliste vasakukäeliste materjalidega on võimalik teha tasaparalleelseid läätsesid. Metamaterjalid on lisaks võimelised valguse levikukiirust pidurdama ning kogu pealelangeva valguse neelama. Nimetatud omadusi on võimalik vajaduspõhiselt modelleerida.
„Rakenduste välja mõtlemisel ja selle disainimisel oleme kohati piiratud vaid kujutlusvõimest. Näiteks on ülemaailmselt aktuaalne uurimisteema üliefektiivsete, kogu langeva valguse neelavate, päikesepaneelide valmistamine,“ sõnas Ames Laboratooriumi füüsik ning teadusrühma juht Costas Soukoulis.
„Metamaterjalis on võimalik modelleerida nii magnetilist kui elektrilist kostet, mistõttu on võimalik juhtida valguse peegeldumist kontaktpinnal mõne muu materjaliga. Tavamaterjalide puhul see kuigi hõlpsasti sooritatav ei ole, sest nende koste on vaid elektriline ning peegelduva iseloomuga. Metamaterjali puhul on võimalik saavutada olukord, kus peegeldus puudub ja elektrikoste on võrdne magnetilisele kostele,“ ütles töörühma teadlane Thomas Koschny.
Metamaterjalide rakenduste hulka kuuluvad superläätsed võimaldaksid nähtava valguse abil vaadelda näiteks DNA molekule, ehk ainetükke, mis on valgustava valguse lainepikkusest väiksemad. Sarnaste optiliste seadmete valmistamine on paindlik, sest metamaterjali saaks vastavalt kasutatava kiirguse lainepikkusele muuta, tekitades efektiivselt kiirgusele ribapääsfilti. Tehnoloogia ei ole paraku tõkkeprii. Osa probleeme on Soukoulise töörühm lahendanud, näiteks valmistades esimestena eelmainitud negatiivse murdumisnäitajaga vasakukäelise kiraalsusega materjali, mille koste toimis nähtavale valgusele lähedastel lainepikkustel. 2007. aastal töötas sama teadusgrupp välja nähtava valguse lainepikkusega töötava seadme.
Jätkuvalt on probleemiks metamaterjalide metalliosakestelt johtuvate soojuslike energiakadude vähendamine. Nature Photonics ajakirjas avaldatud töös katsetas Soukoulis lahenduseotsinguil mitmete soojuskadudega seotud juhimaterjalide aseainete kombinatsioone, muuhulgas grafeeni, kõrgtemperatuursete ülijuhtidega ning läbipaistvate juhtivate oksiididega.
„Grafeen on huvipakkuv materjal, sest on vaid aatomkihi paksune ning modelleeritav, ent samas ei ole tegemist metamaterjalides rakendamiseks piisavalt hea elektrijuhiga. Meie hüpoteesis olid heal asematerjali positsioonil kõrgtemperatuursed ülijuhtmaterjalid, ent katse näitas, et kuld ning hõbe püsivad jätkuvalt parimal juhimaterjali positsioonil,“ ütles töörühma teadlane Philippe Tassin. Grafeen ning ülijuhtmaterjalid ei osutunud soojuskadusid vähendavaiks materjalideks, ent samas on teadustöös kasutatud metoodika heaks aluseks edaspidistel otsingutel.
Allikas: PhysOrg