استفاده از متامواد در ساخت لنزها

متاموادها از بسیاری جهات، مواد فوق العاده هستند. این مواد که ساخت دست بشر هستند با ساختارهای پیچیده طراحی شده خود، موج های الکترومغناطیسی را به روشی منحرف می کنند (خم می کنند) که برای مواد یافت شده در طبیعت غیر ممکن است.
لباس های نامرئی در واقع از موادی تشکیل شده اند که نور را برای مخفی کردن یک جسم با چشم غیرمسلح بازتاب می دهند و ابر لنزها هم نور فراتر از محدوده میکروسکوپ های نوری را برای تصویربرداری از اجسام با جزئیاتی در مقیاس (ابعاد) نانو متمرکز می کنند.
در حال حاضر محققین MIT، لنزهای متامواد سه بعدی و سبک ساخته اند که امواج رادیویی را با دقت خیلی زیاد متمرکز می کنند. لنزهای مقعر یک ویژگی به نام شکست منفی را به نمایش می گذارند؛ و امواج الکترومغناطیسی را کاملاً خلاف روش و منطق عملکردی یک لنز مقعر معمولی، خم می کنند.
لنزهای مقعر معمولاً امواج رادیویی را شبیه به پره های یک چرخ می تاباند. با این حال، در این لنزهای جدید متامواد، امواج رادیویی با تمرکز روی یک نقطه منفرد معین و مشخص، همگرا می شوند و ایجاد این ویژگی در مواد طبیعی غیرممکن است.
به گفته سازندگان این دستگاه هیچ بلوک صلب و جامدی از مواد موجود در جدول تناوبی وجود ندارد که این اثر را تولید کند. این دستگاه امواج رادیویی را به طریقی می شکند که شبیه به هیچ ماده دیگری در طبیعت نیست. کاربردهای بالقوه ای برای این دستگاه وجود دارد، مانند تصویربرداری مولکولی و تصویربرداری از اعماق فضا.

شکل دادن به یک سلول
متاموادها بر اساس ساختارشان می توانند خواص متفاوتی از خود بروز دهند که این تفوات در خواص وابسته به شکل واحدهای مستقل به کار رفته و همچنین نحوه چینش این ساختارها در کنار یکدیگر است؛ و بر همین اساس می توانند نور را به صورت های متفاوتی شکسته و منحرف کنند.
پیش  از این تحقیقاتی در زمینه نحوه تاثیر شکل های خاص متاموادها روی انتشار امواج الکترومغناطیسی صورت گرفته است. تیم تحقیقاتی MIT یک «سلول واحد» S شکل توپر ساخته است که شکل آن امواج رادیویی را در جهات خاصی منحرف می کند. سازندگان این لنز، این شکل یکسان را به عنوان مبنا برای لنزهای مقعر استفاده کردند، و با بیش از 4000 سلول واحد یک شکل ناصاف (ناهموار) تولید کردند که هر کدام تنها چند میلی متر عرض دارد.
ایرنبرگ یکی از اعضای تیم سازنده برای ساخت طرح خود، از چاپ سه بعدی استفاده کرد و یک لایه لنز با لایه پیچیده از محلول پلیمری ساخت. سپس او توسط جت آب پرفشار هرگونه زائده را پاک کرد و هر لایه را با یک روکش خیلی ظریفی از مس پوشاند برای اینکه لنزها دارای سطحی با رسانایی بالا باشند.
برای آزمایش لنز، محققان دستگاه را بین دو آنتن رادیویی قرار دادند و انرژی منتقل شده از آن را اندازه گیری کردند. پژوهشگران دریافتند که با وجود اتلاف خیلی کم انرژی در متامواد، بیشتر انرژی قادر به گذر از لنز است. که این موضوع در مقایسه با طراحی های شکست منفی گذشته، بهبود قابل توجهی در بازده انرژی را نشان می دهد. همچنین تیم تحقیقاتی دریافت که امواج رادیویی همگرا شده در جلوی لنز در یک نقطه مشخص و خاص، یک پرتو باریک متمرکز ایجاد می کنند.

تصویربرداری فضایی و فراتر از آن
ترکیب دو ویژگیِ «اتلاف کم» و متمرکزسازی شدید در دستگاه یک گام نویدبخش در جهت طراحی و مهندسیِ لنزهای متامواد عملی است. این دستگاه که وزن آن کمتر از یک پوند است، می تواند برای متمرکز کردن خیلی دقیق امواج رادیویی روی مولکول ها برای ایجاد تصاویر با رزولوشن بالا استفاده شود. تصاویری که در حال حاضر با استفاده از لنزهای بزرگ، سنگین و گران قیمت تولید می شوند. دستگاهی با این سبک همچنین می تواند برای عکس برداری از ستاره ها و سایر اجرام آسمانی در فضا روی ماهواره ها نصب شود. در جایی که مهندسان فضایی نمی خواهند از یک لنز سنگین استفاده کنند.
طراحی با اتلاف کم می تواند به عنوان یک گام مهم رو به جلو به سمت کاربردهای عملی در محدوده های فرکانسی مایکروویو یا رادیویی مطرح شود. بنا به اظهار نظر دانشمندان طراحی متامواد یک نمایش نوید بخش است که ممکن است به ارتباطات دوربرد قوی تر و سریع تر رهنمون شود.
علاوه بر کاربردهای لنز، ساخت این لنزها ساده است و به راحتی قابل تکرار و قابل تکثیر است و به سایر دانشمندان اجازه می دهد به بررسی طراحی متامواد سه بعدی بپردازند.

No tags for this post.

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا