Les chercheurs de Cornell proposent une nouvelle façon de moduler à la fois les qualités d'absorption et de réfraction des métamatériaux en temps réel, et leurs découvertes ouvrent de nouvelles opportunités intrigantes pour contrôler, dans le temps et l'espace, la propagation et la diffusion des ondes pour des applications dans divers domaines de la physique et de l'ingénierie des ondes.

Les recherches publiées dans la revue Optique , "Causalité spectrale et diffusion des ondes, " est rédigé par les doctorants Zeki Hayran et Aobo Chen, MME. '19, avec leur conseiller, Francesco Monticone, professeur adjoint à l'École de génie électrique et informatique de la Faculté d'ingénierie.

Le travail théorique vise à étendre les capacités des métamatériaux à absorber ou réfracter les ondes électromagnétiques. Les recherches antérieures se limitaient à modifier l'absorption ou la réfraction, mais le Monticone Research Group a maintenant montré que si les deux qualités sont modulées en temps réel, l'efficacité du métamatériau peut être considérablement augmentée.

Ces métamatériaux modulés temporellement, parfois appelés "chrono-métamatériaux" peuvent ouvrir des opportunités inexplorées et permettre des avancées technologiques en électromagnétisme et en photonique.

« Ce que nous démontrons, " dit Monticone, "est-ce que si vous modulez les deux propriétés dans le temps, vous parvenez à absorber les ondes électromagnétiques beaucoup plus efficacement que dans une structure statique, soit dans une structure dans laquelle vous modulez individuellement l'un ou l'autre de ces deux degrés de liberté. Nous avons combiné ces deux aspects pour créer un système beaucoup plus efficace. »

Les résultats pourraient conduire au développement de nouveaux métamatériaux avec des propriétés d'absorption et de diffusion des ondes qui surpassent de loin ce qui est actuellement disponible. Par exemple, un absorbeur large bande doit être plus épais qu'une certaine valeur pour être efficace, mais l'épaisseur du matériau limitera les applications de la conception.

"Pour diminuer l'épaisseur et augmenter la bande passante d'un tel absorbeur, vous devez surmonter les limitations des matériaux conventionnels, " a déclaré Hayran. " L'un des moyens de contourner ces limitations est de moduler temporellement la structure. "

L'objectif du groupe de Monticone est d'ouvrir de nouveaux domaines de recherche pour produire des applications pratiques de plus en plus efficaces.

"Ce que nous essayons de faire, ce n'est pas des changements progressifs de la technologie, " Monticone a déclaré. "Nous voulons des changements perturbateurs. C'est vraiment ce qui nous motive. Alors, comment pouvons-nous apporter une amélioration spectaculaire à la technologie, pas seulement une amélioration progressive ? Pour faire ça, très souvent, il faut revenir aux fondamentaux."

La nouvelle recherche repousse les limites de l'absorption des ondes électromagnétiques en utilisant un autre degré de liberté, qui est la modulation dans le temps, quelque chose qui n'est généralement pas fait dans ce domaine, mais reçoit maintenant une attention croissante de la recherche.

Avec un nouveau socle théorique en place, la mise en œuvre expérimentale de modulations temporelles de ce type est le défi des recherches futures. Une expérience physique devrait d'abord concevoir un mécanisme pour contrôler la modulation des qualités d'absorption et de réfraction d'un matériau au fil du temps, qui pourraient inclure des faisceaux laser ou des composants micro-ondes.

Les idées ont des implications directes pour plusieurs applications, telles que l'absorption radar à large bande et l'invisibilité temporelle et l'occultation. Les applications pourraient également s'étendre à d'autres domaines de la physique des ondes tels que l'acoustique et l'élastodynamique.

"Nos découvertes, et les résultats passionnants d'autres chercheurs travaillant dans ce domaine, mettre en évidence les nombreuses opportunités offertes par les métamatériaux variant dans le temps pour l'électromagnétisme et la photonique classiques et quantiques, " dit Monticone.