Image infrarouge d'un métadispositif composé de dioxyde de vanadium avec un maillage à motifs dorés. (Haut) Appareil sans courant électrique montrant le bloc d'alimentation coupé du motif et réfléchissant. (milieu) Appareil avec 2,03 ampères de courant. Le bloc d'alimentation et l'arrière-plan apparaissent désormais identiques, le bloc d'alimentation est passé à l'arrière-plan. (En bas) Appareil avec 2,20 ampères de courant. L'arrière-plan est maintenant réfléchissant alors que le bloc d'alimentation ne l'est pas. Crédit :Douglas Werner / Penn State
Un courant électrique ne chauffera pas seulement un métamatériau hybride, mais le déclenchera également pour changer d'état et disparaître à l'arrière-plan comme un caméléon dans ce qui pourrait être la preuve de concept du premier dispositif de métamatériau contrôlable, ou métadispositif, selon une équipe d'ingénieurs.
"Les travaux précédents sur les métamatériaux se concentraient principalement sur le masquage d'objets afin qu'ils soient invisibles dans la radiofréquence ou d'autres fréquences spécifiques, " a déclaré Douglas H. Werner, John L. et Genevieve H. McCain Chaire Professeur de génie électrique, État de Penn. "Ici, nous n'essayons pas de faire disparaître quelque chose, mais pour qu'il se fonde dans le fond comme un caméléon et on travaille dans les longueurs d'onde optiques, spécifiquement dans l'infrarouge."
Les métamatériaux sont synthétiques, matériaux composites qui possèdent des qualités que l'on ne voit pas dans les matériaux naturels. Ces composites tirent leur fonctionnalité de leur structure interne plutôt que de leur composition chimique. Les métamatériaux existants ont des propriétés électromagnétiques ou acoustiques inhabituelles. Les métadispositifs prennent des métamatériaux et font quelque chose d'intéressant ou de valeur comme le fait tout autre dispositif.
"La clé de ce métamatériau et métadispositif est le dioxyde de vanadium, un cristal à changement de phase avec une transition de phase qui est déclenchée par des températures créées par un courant électrique, " a déclaré Lei Kang, attaché de recherche en génie électrique, État de Penn.
Image au microscope électronique à balayage d'un maillage à motifs dorés utilisé dans le métadispositif. (A) est la partie supérieure de la découpe en U. (B) est un regard agrandi sur le maillage de la même zone. Crédit :Douglas Werner / Penn State
Le métamatériau est composé d'une couche de base d'or suffisamment épaisse pour que la lumière ne puisse pas le traverser. Une fine couche de dioxyde d'aluminium sépare l'or de la couche active de dioxyde de vanadium. Une autre couche de dioxyde d'aluminium sépare le vanadium d'une couche à motifs d'or qui est attachée à une source électrique externe. La géométrie du tamis à mailles à motifs contrôle la plage de longueurs d'onde fonctionnelle. La quantité de courant circulant dans l'appareil contrôle l'effet de chauffage Joule, l'échauffement dû à la résistance.
« Le métadispositif proposé intégré à de nouveaux matériaux de transition représente un grand pas en avant en fournissant une approche universelle pour créer des systèmes nanophotoniques autonomes et hautement polyvalents, " ont déclaré les chercheurs dans le numéro d'aujourd'hui (27 octobre) de Communication Nature .
Comme preuve de concept, les chercheurs ont créé un appareil de 0,035 pouce sur 0,02 pouce et ont découpé les lettres PSU dans la couche de maille d'or afin que le dioxyde de vanadium transparaisse. Les chercheurs ont photographié l'appareil à l'aide d'une caméra infrarouge à 2,67 microns. Sans aucun courant traversant l'appareil, le bloc d'alimentation se distingue comme hautement réfléchissant. Avec un courant de 2,03 ampères, le bloc d'alimentation passe en arrière-plan et devient invisible, alors qu'à 2,20 ampères, le bloc d'alimentation est clairement visible mais l'arrière-plan est devenu très réfléchissant.
La réponse du dioxyde de vanadium est réglable en modifiant le courant traversant l'appareil. Selon les chercheurs, le dioxyde de vanadium peut changer d'état très rapidement et c'est la configuration de l'appareil qui limite le réglage.
