Un metamaterial no lineal és un material construït artificialment que pot exhibir propietats que encara no es troben a la natura. La seva resposta a la radiació electromagnètica es pot caracteritzar per la seva permitivitat i la permeabilitat del material. El producte de la permitivitat i la permeabilitat dona com a resultat l'índex de refracció. A diferència dels materials naturals, els metamaterials no lineals poden produir un índex de refracció negatiu. Aquests també poden produir una resposta no lineal més pronunciada que els materials naturals.

Els metamaterials no lineals són un medi de transmissió periòdic i no lineal. Són un tipus de metamaterial d'índex negatiu on la no linealitat està disponible perquè el camp elèctric microscòpic de les inclusions pot ser més gran que el camp elèctric macroscòpic de la font electromagnètica (EM). Això esdevé una eina útil que permet millorar el comportament no lineal del metamaterial. Tanmateix, una resposta no lineal dominant es pot derivar de la dependència de tipus histèresi de la permeabilitat magnètica del material respecte al component magnètic de l'ona electromagnètica incident (llum) que es propaga a través del material. A més, la dependència de tipus histèresi de la permeabilitat magnètica respecte a la intensitat del camp permet canviar el material d'esquerra a dreta i viceversa.

Els medis no lineals són essencials per a l'òptica no lineal. Tanmateix, la majoria dels materials òptics tenen una resposta no lineal relativament feble, és a dir, que les seves propietats només canvien una petita quantitat per a grans canvis en la intensitat del camp electromagnètic. Els metamaterials no lineals poden superar aquesta limitació, ja que els camps locals de les estructures ressonants poden ser molt més grans que el valor mitjà del camp; en aquest sentit, els metamaterials són similars a altres medis compostos, com ara els compostos dielèctrics metàl·lics aleatoris, incloent-hi els clústers fractals i les pel·lícules metàl·liques de semiconducte/percolació, on les àrees amb camps de llum locals millorats, "punts calents", produeixen respostes òptiques lineals i no lineals gegants.

Visió general dels metamaterials Els metamaterials són encarnacions de materials proposats per primera vegada pel teòric rus Viktor Veselago el 1967.

Els metamaterials no lineals, un tipus de metamaterial, s'estan desenvolupant per tal de manipular la radiació electromagnètica de noves maneres. Les propietats òptiques i electromagnètiques dels materials naturals sovint s'alteren mitjançant la química. Amb els metamaterials, les propietats òptiques i electromagnètiques es poden dissenyar mitjançant la geometria de les seves cel·les unitàries. Les cel·les unitàries són materials que s'ordenen en disposicions geomètriques amb dimensions que són fraccions de la longitud d'ona de l'ona electromagnètica radiada.

En tenir la llibertat d'alterar els efectes ajustant les configuracions i les mides de les cel·les unitàries, es pot aconseguir control sobre la permitivitat i la permeabilitat magnètica. Aquests dos paràmetres (o quantitats) determinen la propagació de les ones electromagnètiques en la matèria. Per tant, es poden ampliar els efectes electromagnètics i òptics assolibles.

Les propietats òptiques es poden ampliar més enllà de les capacitats de les lents, els miralls i altres materials convencionals. Un dels efectes més estudiats és l'índex de refracció negatiu proposat per primera vegada per Victor Veselago el 1967. Els materials d'índex negatiu presenten propietats òptiques oposades a les del vidre, l'aire i altres materials convencionals. A les freqüències correctes, els materials d'índex negatiu refracten les ones electromagnètiques de maneres noves, fins a un índex zero o un índex negatiu. A més, l'energia es pot propagar en la direcció oposada, cosa que pot donar lloc a mecanismes de compensació, entre altres possibilitats.

Interaccions Els materials que dispersen la llum o altres ones electromagnètiques creen un procés físic general on les diferents freqüències de la llum es veuen obligades a desviar-se d'una trajectòria recta. La raó és que, físicament, el material no és uniforme en un, o més, o molts llocs.

De particular interès pel que fa als metamaterials no lineals és la propietat macroscòpica induïda artificialment coneguda com a índex de refracció negatiu. Aquest efecte és creat pels metamaterials d'índex negatiu (NIM), que s'utilitzen per al seu ús com a metamaterials no lineals. En els NIM, els fenòmens no lineals com la generació de segons harmònics i l'amplificació paramètrica poden adoptar característiques molt inusuals. És a dir, el fet que el vector d'ona i el vector de Poynting d'una ona que es propaga en un NIM estiguin dirigits en sentit contrari altera les condicions de coincidència de fase per a les ones que interactuen, donant lloc a ones que es propaguen cap enrere, així com a relacions de Manley-Rowe considerablement canviades i la distribució a l'espai de la intensitat dels camps que interactuen.

Propietats no lineals de metamaterials esquerrà Estudis previs de metamaterials esquerrà o d'índex negatiu es van centrar en les propietats lineals del medi durant la propagació de l'ona. En aquests casos, es considerava que la permeabilitat magnètica i la permitivitat del material no depenen de la intensitat del camp electromagnètic. Tanmateix, la creació d'estructures ajustables requereix coneixement de propietats no lineals on la intensitat del camp electromagnètic altera la permitivitat, o la permeabilitat, o ambdues, cosa que al seu torn afecta el rang d'espectres de transmissió o espectres de banda d'aturada. Per tant, la permeabilitat efectiva depèn de la intensitat del camp magnètic macroscòpic. A mesura que es varia la intensitat del camp, es pot produir un canvi entre els seus valors positius i negatius. En conseqüència, el material pot canviar de ser esquerrà a ser dretà, o viceversa.

Metamaterial metadímer Un metadímer està compost de dos SRR espacialment separats, amb els dos SRR idèntics a cada cel·la unitària. La proximitat dels SRR al dímer resulta en un acoblament relativament fort entre ells. Un metamaterial que comprengui un gran nombre d'aquests metadímers es pot utilitzar com a medi activament sintonitzable a longituds d'ona òptiques. Si un o tots dos SRR del metadímer esdevenen no lineals, el metamaterial en si adquireix propietats no lineals. Això pot permetre un comportament no lineal, com ara la sintonització en temps real. Els estereometamaterials també són un tipus de metadímer.

Referències

Categoria:Electromagnetisme