Metamaterjalide füüsikalised omadused on sageli mitteintuitiivsed. Need hoolikalt modelleeritud sisestruktuuriga materjalid muudavad elektromagnetkiirguse levikusuunda viisil, mis on harilike loodusest leitavate materjalide puhul võimatu. Metamaterjalidest on võimalik valmistada valgusvarjesteid ja superläätsesid, mis saavad valgust fokuseerida selle lainepikkusest väiksematele nanoobjektidele.
Uus metalääts.
Nüüd valmistasid MIT (Massachusetts Institute of Technology) teadlased kerge kolmemõõtmelise metamaterjalläätse, mis suudab väga hästi raadiolaineid fokuseerida. Uuel nõgusläätsel on negatiivne murdumisnäitaja, mille tõttu murrab see võrreldes tavalise läätsega elektromagnetkiirgust vastupidises suunas.
MIT mehaanikatudengi ja töö ühe autori Isaak Ehrenbergi jaoks meenutab töörühma valmistatud lääts Tähesõdade fimisarjast tuntud pahalaste kosmoselaeva Surmatäht (Death Star) laserrelva, mis tulistab planeetide hävitamiseks paraboolanteniga fokuseeritud laserkiiri. Teadlaste valmistatud lääts küll lähiajal teisi planeete hukatusse saatma ei hakka, ent maalähedasemad rakendused on plaanis küll, näiteks molekulaarfotograafia ja süvakosmose pildistamine.
Teadustöö avaldati füüsikaajakirjas Journal of Applied Physics. Ehrenbergi kaasautoriteks olid MIT professor Sanjay Sarma ja Ameerika Õhujõudude Uurimislabori teadlane Bae-Ian Wu.
Metamaterjali omadused tulenevad suuresti selle siseehitusest, nagu näiteks tuleneb teemanti tugevus süsinik-kristallstruktuurist. Materjali murdumisnäitaja sõltub üksikute materjali mikroosakeste kujudest, suuremas lähenduses ka nende tervikstruktuurist.
Enne käesoleva töö avaldamist uuris Wu teadusrümaga metamaterjalide kuju mõju elektromagnetkiirguse levikule. Töörühm valmistas S-kujulise plokkstruktuurse ühikraku (blocky S-shaped „unit cell“), mis suutis kindlates suundades raadiolaineid murda. Läätse valmistamisel kasutati samu ühikrakke. Ühes metaläätses on neid kuni neli tuhat. Iga ühikrakk on ligi millimeetrise läbimõõduga.
Lääts trükiti 3D printeriga. Substraataineks oli polümeerlahus. Kiht-kihi haaval kasvatatud toorik pesti kõrgsurvelise veejoa all puhtaks ning kaeti seejärel peene vasekihiga, mis tegi läätse pinna juhtivaks.
Testimisel asetati lääts kahe raadiosaatja vahele ning mõõdeti läätse läbivat energiavoogu. Ehrenberg avastas, et enamus raadiolainete energiast läks läätsest kadudeta läbi. Vähese dissipatsiooniga negatiivse murdumisnäitajaga metalääts on võrreldes varasema tehnoloogiaga suur edasiminek praktiliste rakenduste suunas.
„Maailmas eksisteerib mitmeid nähtusi, mida on võimalik demonstreerida, ent raske suuremates mõõtmetes rakendada. Meie labor avas negatiivse murdumisnäitajaga metaläätse jaoks ukse praktilisuseamaailma,“ kommenteeris Sarma.
Seadet, mis kaalub vähem kui pool kilo, saab kasutada raadiolainete täpseks fokuseerimiseks näiteks molekulidele, et siis nendest kõrge resolutsiooniga pilte teha. Praegu tehakse molekulaarresolutsiooniga pilte suurte kohmakate ja kallite läätsesüsteemidega. Ehrenberg ütles, et nii kergekaalulist seadet saab hõlpsasti paigutada satelliitidele, et vaadelda tähti ning teisi taevakehasid kõrgusel, kuhu suuremaid seadmeid viia on väga kallis.
Allikas: Phys.org