eng
Просмотры: 1137
23.12.2016
Исследователи из России и Дании впервые разработали метаповерхность на основе воды. Концепция использования воды в качестве мета-атомов была впервые представлена сотрудниками Датского технологического университета Андреем Андриевским и Андреем Лавриненко в 2015 году.
Теперь ученым удалось осуществить эту задумку в микроволновой лаборатории университета ИТМО.
Искусственные структуры, называемые метаповерхностями, создаются для управления электромагнитными волнами, как правило, из металлов и твердых диэлектриков. Водяная метаповерхность обладает функционалом металлической или кремниевой, но дешевле последних и способна менять свойства в процессе эксплуатации.
Водяная метаповерхность напоминает блистерную упаковку для таблеток, в которой ячейки с водой закрыты прозрачной пленкой. Оболочка должна поддерживать воду и быть прозрачной для микроволн, поэтому пленка изготовлена из полистирола, характеризующегося минимальными изолирующими свойствами. Ячейки метаповерхности имеют несимметричную овальную форму и заполнены водой лишь наполовину. Поэтому, когда поверхность наклоняется, вода перетекает, форма водяных мета-атомов изменяется, и они начинают по-другому взаимодействовать с электромагнитной волной. Иначе говоря, текучесть воды позволяет переключать свойства метаповерхности при ее вращении.
"Перераспределяя воду внутри ячеек, мы изменяем баланс между пропусканием, отражением и поглощением. Такую метаповерхность можно применять в поляризаторах, фильтрах или селективных поглотителях волн, – отмечает А.Андриевский. – Мобильные телефоны GSM работают на частотах 0,9 ГГц и 1,8 ГГц – как раз в том диапазоне, в котором мы проводили исследования. Результаты показывают, что при помощи водяных метаповерхностей можно создавать эффективные поглощающие барьеры для радиоволн".
Свойства воды сильно зависят от температуры, поэтому рабочую частоту метаповерхности можно изменять, подогревая и охлаждая воду в ячейках. Более того, если поместить воду в эластичную оболочку, то можно сжимать и растягивать мета-атомы. Эти эффекты также дают воде преимущество перед традиционными твердыми материалами метаповерхностей.
Эллипсоидная форма ячеек была выбрана неслучайно. "Мы нарушили симметрию, чтобы форма мета-атома менялась при повороте, — рассказывает Михаил Одит из университета ИТМО. – В принципе, форма ячеек может быть любой, например, L- и T-образной. Можно комбинировать ячейки разной формы и получать замысловатые водяные лабиринты. При этом такие метаповерхности будут не только разнообразны по функционалу, но и смогут стать элементом декора".
Искусственные структуры, называемые метаповерхностями, создаются для управления электромагнитными волнами, как правило, из металлов и твердых диэлектриков. Водяная метаповерхность обладает функционалом металлической или кремниевой, но дешевле последних и способна менять свойства в процессе эксплуатации.
Водяная метаповерхность напоминает блистерную упаковку для таблеток, в которой ячейки с водой закрыты прозрачной пленкой. Оболочка должна поддерживать воду и быть прозрачной для микроволн, поэтому пленка изготовлена из полистирола, характеризующегося минимальными изолирующими свойствами. Ячейки метаповерхности имеют несимметричную овальную форму и заполнены водой лишь наполовину. Поэтому, когда поверхность наклоняется, вода перетекает, форма водяных мета-атомов изменяется, и они начинают по-другому взаимодействовать с электромагнитной волной. Иначе говоря, текучесть воды позволяет переключать свойства метаповерхности при ее вращении.
"Перераспределяя воду внутри ячеек, мы изменяем баланс между пропусканием, отражением и поглощением. Такую метаповерхность можно применять в поляризаторах, фильтрах или селективных поглотителях волн, – отмечает А.Андриевский. – Мобильные телефоны GSM работают на частотах 0,9 ГГц и 1,8 ГГц – как раз в том диапазоне, в котором мы проводили исследования. Результаты показывают, что при помощи водяных метаповерхностей можно создавать эффективные поглощающие барьеры для радиоволн".
Свойства воды сильно зависят от температуры, поэтому рабочую частоту метаповерхности можно изменять, подогревая и охлаждая воду в ячейках. Более того, если поместить воду в эластичную оболочку, то можно сжимать и растягивать мета-атомы. Эти эффекты также дают воде преимущество перед традиционными твердыми материалами метаповерхностей.
Эллипсоидная форма ячеек была выбрана неслучайно. "Мы нарушили симметрию, чтобы форма мета-атома менялась при повороте, — рассказывает Михаил Одит из университета ИТМО. – В принципе, форма ячеек может быть любой, например, L- и T-образной. Можно комбинировать ячейки разной формы и получать замысловатые водяные лабиринты. При этом такие метаповерхности будут не только разнообразны по функционалу, но и смогут стать элементом декора".
Комментарии читателей
