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METAMATERIALES: Materiales Electromagnéticos para las Tecnologías del Futuro A. Vegas Universidad de Cantabria Grupo de Electromagnetismo Grupo de Electromagnetismo Investigación: dispositivos, materiales (Siglo XX) Ondas electromagnéticas en el vacío Estructuras sencillas Materiales con propiedades simplificadas Hasta mitad de los 80 Nuevas técnicas de fabricación Desarrollo de técnicas numéricas y computadores más rápidos Desarrollo de nuevos materiales Grupo de Electromagnetismo Nuevos materiales Medios complejos Materiales no convencionales ¿Dónde se estudian? Lo habitual: Medios Isótropos, homogéneos, lineales I. H. L. Grupo de Electromagnetismo Y DIJO MAXWELL... x E x,y,z,t B x,y,z,t t x H x,y,z,t J x,y,z,t D x,y,z,t t D x,y,z,t ρ B x,y,z,t 0 ...Y SE HIZO LA LUZ J. Represa Relaciones de constitución Medio I.H.L. – Campo eléctrico – Campo magnético D E B H Las relaciones anteriores, aun no siendo las más generales, describen un conjunto considerable de fenómenos En caso de necesidad, dichas relaciones deben ser sustituidas por otras. Grupo de Electromagnetismo NUEVOS MATERIALES Medios Complejos Bianisótropos Estructuras Periódicas EBG Biisótropos METAMATERIALES Grupo de Electromagnetismo METAMATERIALES Materiales artificiales con propiedades electromagnéticas “fuera de lo normal” que no se encuentran en la Naturaleza Prefijo “Meta” Grupo de Electromagnetismo “Más allá” en griego MEDIOS COMPLEJOS ~ ~ y Tensores Medio anisótropo H.L.: Medio Bi-anisótropo homogéneo: ~ D ~.E .H ~ B ~.H .E ~ ~ ~ ~ , , y Grupo de Electromagnetismo Parámetros del material MEDIOS COMPLEJOS Medio Bi-isótropo homogéneo: , , y Escalares j 0 0 j 0 0 parámetro de Tellegen parámetro de Pasteur Grupo de Electromagnetismo MEDIOS COMPLEJOS Si = 0 El medio quiral es el bianisótropo más sencillo Actividad óptica Quiralidad: medio QUIRAL Arago Biot Pasteur 1811 1817 1860 del griego cheir = mano Incongruencia con su imagen especular 1er medio quiral artificial Grupo de Electromagnetismo Lindman 1920 Muestras de material quiral (U. Murcia, U. Valladolid, U. Cantabria) Grupo de Electromagnetismo Detalle de muestra de material quiral Grupo de Electromagnetismo MEDIOS COMPLEJOS QUIRALES • Materiales difíciles de fabricar • Necesario predecir sus propiedades • Importante: medida parámetros constitutivos • En el espacio libre • En guía de onda Aplicaciones • Materiales absorbentes de Radar • Superficies selectivas en frecuencia • Conversión de polarización Grupo de Electromagnetismo Univ. Murcia G. de Electromagnetismo MEDIOS COMPLEJOS MEDIOS • Propuesta de Saadoum & Engheta 1992 Inclusiones en forma de en una matriz isótropa Fabricación mediante tecnología planar Grupo de Electromagnetismo NUEVOS MATERIALES Medios Complejos Bianisótropos Estructuras Periódicas EBG Biisótropos METAMATERIALES Grupo de Electromagnetismo “BAND-GAPS” ELECTROMAGNÉTICOS (EBG) • Estructuras periódicas electromagnéticas: Condiciones de contorno periódicas (Filtros inductivos, postes metálicos...) Medios materiales colocados periódicamente (EBG’s) • Características de transmisión tipo “band-stop” Admitidas (banda de paso) Bandas de Frecuencia Prohibidas (banda rechazada) Grupo de Electromagnetismo EBG • Aplicaciones múltiples en microondas, milimétricas y frecuencias ópticas Control de la impedancia de superficies Mejora características de radiación de antenas Control sobre las bandas de paso Consecución de anchos de banda muy estrechos Grupo del Departamento de Ingeniería Comunicaciones Universidad de Cantabria Grupo del Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Pública de Navarra Grupo del Departamento de Física Aplicada Universidad de Oviedo Grupo de Electromagnetismo EBG Estructura EBG en guía de Onda rectangular en Banda X (8.2-12.4 GHz) Resultados del módulo del coeficiente de transmisión en función de la frecuencia Grupo de Electromagnetismo NUEVOS MATERIALES Medios Complejos Bianisótropos Estructuras Periódicas EBG Biisótropos METAMATERIALES Grupo de Electromagnetismo BUSCANDO EN Metamateriales Grupo de Electromagnetismo Grupo de Electromagnetismo Estado de la materia viva después de la lectura Grupo de Electromagnetismo Grupo de Electromagnetismo Grupo de Electromagnetismo NUEVOS MATERIALES Medios Complejos Bianisótropos Estructuras Periódicas EBG Biisótropos METAMATERIALES Grupo de Electromagnetismo LHM MATERIALES “ZURDOS” “Left Handed Materials” (LHM) “La estrella” de los Metamateriales Materiales con <0 y <0 Incorporan Grupo de Electromagnetismo a la teoría electromagnética Teoría establecida por Veselago en 1968 n<0 Predice efectos inversos Doppler Cherenkov 30 años después: Pendry (Imperial College) Smith & Schultz (UCSD) SRR´s y Postes Grupo de Electromagnetismo LHM “Left Handed Materials” LHM La palabra “zurdo” o “left handed” genera confusión (especialmente en óptica) Otras denominaciones Backward MNR DNG Materiales con índice de refracción negativo Double Negative Materials Backward Wave Materials Grupo de Electromagnetismo LHM MATERIALES “ZURDOS” Se construyen disponiendo “periódicamente” agrupaciones de hilos metálicos y de resonadores en anillo abiertos SRR’s Grupo de Electromagnetismo <0 <0 MATERIALES “ZURDOS” LHM Realizada la configuración: ¿Cómo probar que funciona? MIDIENDO • La fase dentro del material Fácil numéricamente Muy difícil experimentalmente Grupo de Electromagnetismo MATERIALES “ZURDOS” MIDIENDO • El índice de refracción de un prisma Se ha hecho experimentalmente (Shelby, Smith, Schultz, en 2001) • El cambio lateral de un haz gaussiano incidente sobre una lámina LHM Sugerido por Kong et al. en 2001 Grupo de Electromagnetismo LHM MATERIALES “ZURDOS” A partir de lo anterior se abre la “veda” Nuevas construcciones de medios LHM Agrupaciones L-C George V. Eleftheriades http://www.waves.utoronto.ca/prof/gelefth/main.html Grupo de Electromagnetismo LHM MATERIALES “ZURDOS” George V. Eleftheriades http://www.waves.utoronto.ca/prof/gelefth/main.html Grupo de Electromagnetismo LHM SRR´s http://www.ifh.ee.ethz.ch/~martin/res11.en.html Grupo de Electromagnetismo LÍNEAS de INVESTIGACIÓN • Homogeneización • Procesos de simulación y modelado (Electromagnetismo Computacional) • Medidas (Nuevos sistemas y métodos) Grupo de Electromagnetismo ¡Muchas gracias! por su atención Grupo de Electromagnetismo Paquete de ondas gaussiano moviéndose a través de una interfase PIM-NIM Grupo de Electromagnetismo http://sagar.physics.neu.edu/ Un haz Gaussiano moviéndose a través de una interfase PIM-NIM Grupo de Electromagnetismo http://sagar.physics.neu.edu/ Ondas planas moviéndose a través de una interfase PIM-NIM Grupo de Electromagnetismo http://sagar.physics.neu.edu/ Haz Gaussiano moviéndose a través de un lamina NIM Grupo de Electromagnetismo http://sagar.physics.neu.edu/ Grupo de Electromagnetismo
