Metamateriały elektromagnetyczne (EM) to syntetyczne struktury o specjalnych właściwościach elektromagnetycznych, takich jak ujemna wartość współczynnika załamania światła – postulowana przez Veselago [1]. Stały się aktywnym obszarem badawczym, ponieważ wykazują niezwykłe reakcje EM nieosiągalne dla materiałów naturalnych. Niektóre atrakcyjne przykłady zastosowań to supersoczewkowanie, maskowanie, sztuczne przewodnictwo magnetyczne i bardziej ogólnie projektowanie materiałów do transformacji współrzędnych [2,3]. Jednym ze sposobów realizacji takich funkcjonalności są okresowe lub półokresowe układy struktur rezonansowych, takie jak rezonatory z rozszczepionym pierścieniem (SRR) [4]. Drugim sposobem realizacji takich funkcjonalności była pełna trójwymiarowa struktura dielektryczna oparta na okresowej komórce elementarnej 3D []. Aby zrealizować modelowanie tych struktur, zastosowano model oparty na obwodach (rozproszonych) i pełny model symulacji EM.
W przypadku metapowierzchni (rys. 1. A) najciekawsze zjawiska związane są z siecią rezonatorów (SRR). W oparciu o ten fakt modelowanie tych struktur uwzględnia model pojedynczego SRR oraz model sprzężeń w sieci rezonatorowej. Modele te mogą być oparte na pełnej symulacji pola elektromagnetycznego i modelu obwodu (rozproszonego).
Jest to pierwszy kierunek badań: metoda efektywnego modelowania metapowierzchni. Dalsze kierunki badań związane są z zastosowaniami metamateriałów: w diagnostyce medycznej (np. soczewka MRI), telekomunikacji (Artifical Magnetic Conductor - AMC, Electromagnetic Band Gap EBG i inne) oraz biosensorów w przerwie THz.
Odrębnym kierunkiem badań są metastruktury dielektryczne 3D. W tym przypadku kluczowe kwestie to:
zastosowanie metod optyki transformacyjnej do numerycznego kształtowania pól EM, generowania okresowych struktur 3D, pełnej symulacji pola elektromagnetycznego oraz wykonywania modeli 3D (na drukarce 3D).
W rzeczywistości badania obejmują:
teoria obwodów, opis zachowania się pola elektromagnetycznego w różnych materiałach, symulacja pełnego pola EM, optyka transformacyjna, metody optymalizacji, problemy druku 3D i inne.
W Instytucie Elektroniki prowadzimy badania nad modelowaniem metapowierzchni dla: obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (soczewka magnetyczna), sztucznych przewodników magnetycznych - AMC i elektromagnetycznej przerwy wzbronionej EBG do zastosowań telekomunikacyjnych, np. w sieci BAN (Body Area Network), wreszcie także dla metapowierzchni zaprojektowanych dla THz Gap.
Obecnie naszym priorytetem są zdobyte kompetencje w budowaniu i stosowaniu metapowierzchni do określonych zastosowań (medycznych, telekomunikacyjnych i innych).
- Prof. Sławomir Hausman, e-mail: slawomir.hausman@p.lodz.pl
- Dr. Łukasz Jopek, e-mail: lukasz.jopek@p.lodz.pl