(l) Ceci est un dessin du modèle d'absorbeur de métamatériau. (r) Il s'agit d'un modèle d'absorbeur de métamatériau réel. Crédit :Bossard, État de Pennsylvanie
Un matériau spécialement formé qui peut fournir une absorption à large bande personnalisée dans l'infrarouge peut être identifié et fabriqué à l'aide d'"algorithmes génétiques, " selon les ingénieurs de Penn State, qui disent que ces métamatériaux peuvent protéger les objets de la vue par des capteurs infrarouges, protéger les instruments et être fabriqué pour couvrir une variété de longueurs d'onde.
"Le métamatériau a une absorption élevée sur une large bande passante, " a déclaré Jérémy A. Bossard, stagiaire postdoctoral en génie électrique. « D'autres écrans ont été développés pour une bande passante étroite, mais c'est le premier qui peut couvrir une bande passante super-octave dans le spectre infrarouge."
Avoir une bande passante plus large signifie qu'un matériau peut protéger contre le rayonnement électromagnétique sur une large gamme de longueurs d'onde, rendre le matériel plus utile. Les chercheurs ont examiné l'argent, or et palladium, mais a constaté que le palladium offrait une meilleure couverture de bande passante. Ce nouveau métamatériau est en fait constitué de couches sur un substrat ou une base de silicium. La première couche est en palladium, suivi d'une couche de polyimide. Au-dessus de cette couche de plastique se trouve une couche d'écran en palladium. L'écran a élaboré, des découpes compliquées (géométrie sous-longueur d'onde) qui servent à bloquer les différentes longueurs d'onde. Une couche de polyimide recouvre l'ensemble de l'absorbeur.
"Tant que le motif correctement conçu dans l'écran est beaucoup plus petit que la longueur d'onde, le matériau peut fonctionner efficacement comme absorbeur, " dit Lan Lin, étudiant diplômé en génie électrique. "Il peut également absorber 90 pour cent du rayonnement infrarouge qui entre jusqu'à un angle de 55 degrés par rapport à l'écran."
Les couches globales de l'absorbeur en métamatériau sont représentées. La couche noire est le substrat, la couche verte solide est le palladium, la couche bleue transparente est en polyimide, la couche verte cassée est la couche à motifs et la couche bleue transparente est à nouveau en polyimide pour sceller et protéger. Crédit :Bossard, État de Pennsylvanie
Pour concevoir l'écran nécessaire à ce métamatériau, les chercheurs ont utilisé un algorithme génétique. Ils ont décrit le motif de l'écran par une série de zéros et de uns - un chromosome - et ont laissé l'algorithme sélectionner au hasard des motifs pour créer une population initiale de modèles candidats. L'algorithme a ensuite testé les modèles et éliminé tous sauf les meilleurs. Les meilleurs modèles ont ensuite été modifiés au hasard pour la deuxième génération. Encore une fois, l'algorithme a écarté le pire et gardé le meilleur. Après un certain nombre de générations, les bons modèles ont atteint et même dépassé les objectifs de conception. En cours de route, le meilleur modèle de chaque génération a été retenu. Ils rapportent leurs résultats dans un récent numéro de ACS Nano .
"Nous ne serions pas en mesure d'obtenir une couverture de bande passante d'un octave sans l'algorithme génétique, " dit Bossard. " Autrefois, les chercheurs ont essayé de couvrir la bande passante en utilisant plusieurs couches, mais plusieurs couches étaient difficiles à fabriquer et à enregistrer correctement."
Ce métamatériau évolué peut être facilement fabriqué car il s'agit simplement de couches de métal ou de plastique qui n'ont pas besoin d'un alignement complexe. Le capuchon transparent en polyimide sert à protéger l'écran, mais aide également à réduire toute inadéquation d'impédance qui pourrait se produire lorsque l'onde se déplace de l'air dans l'appareil.
Il s'agit d'un schéma global de l'absorbeur en métamatériau. Crédit :Bossard, État de Pennsylvanie
"Les algorithmes génétiques sont utilisés en électromagnétisme, mais nous sommes à l'avant-garde de l'utilisation de cette méthode pour concevoir des métamatériaux, " dit Bossard.
