پرش به محتوا

کاربر:M 100raa

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد

جاذب فرامواد

[ویرایش]
حلقه تشدید کننده
حلقه تشدید کننده

جاذب فرامواد [۱] نوعی فرامواد است که برای جذب موثر موج های الکترومغناطیسی مانند نور در نظر گرفته شده است. علاوه بر این، فرامواد پیشرفتی در علم مواد هستند. از این رو، آن دسته از مواد فراموادی که به عنوان جاذب طراحی شده‌اند، نسبت به جاذب‌های معمولی مزایایی مانند کوچک‌سازی بیشتر، سازگاری وسیع‌تر و افزایش اثربخشی دارند. کاربردهای مورد نظر برای جاذب فرامواد شامل تابش‌کننده‌ها، آشکارسازهای نوری ، حسگرها ، تعدیل‌کننده‌های نور فضایی ، استتار مادون قرمز، ارتباطات بی‌سیم و استفاده در فتوولتائیک‌های خورشیدی و ترموفتوولتائیک‌ها است.

برای کاربردهای عملی، جاذب های فرامواد را می توان به دو نوع تقسیم کرد: باند باریک و باند پهن. [۲] به عنوان مثال، جاذب های فراماده را می توان برای بهبود عملکرد ردیاب های نوری استفاده کرد. [۲] [۳] [۴] [۵] جاذب های متامتریال همچنین می توانند برای افزایش جذب در هر دو کاربرد فتوولتائیک خورشیدی [۶] [۷] و ترمو فتوولتائیک [۸] [۹] استفاده شوند. مهندسی عمق پوست را می توان در جاذب های فرامواد در کاربردهای فتوولتائیک و همچنین سایر دستگاه های اپتوالکترونیک مورد استفاده قرار داد، جایی که بهینه سازی عملکرد دستگاه مستلزم به حداقل رساندن تلفات مقاومتی و مصرف برق است، مانند آشکارسازهای نوری ، دیودهای لیزری و دیودهای ساطع کننده نور . [۱۰]

علاوه بر این، ظهور جاذب‌های فراماده، محققان را قادر می‌سازد تا نظریه فرامواد را که از نظریه کلاسیک امواج الکترومغناطیسی مشتق شده است، درک کنند. این منجر به درک قابلیت های مواد و دلایل محدودیت های فعلی می شود. [۱۱]

متأسفانه، دستیابی به جذب پهنای باند، به ویژه در منطقه THz (و فرکانس‌های بالاتر)، به دلیل پهنای باند ذاتاً باریک پلاریتون‌های پلاسمون سطحی (SPPs) یا رزونانس‌های پلاسمون سطحی موضعی (LSPR) تولید شده بر روی سطوح فلزی در مقیاس نانو، همچنان یک کار چالش برانگیز است. ، که به عنوان مکانیزمی برای به دست آوردن جذب کامل مورد استفاده قرار می گیرند. [۱۲]

فرامواد

[ویرایش]

فرامواد مواد مصنوعی هستند که خواص منحصر به فردی از خود نشان می دهند که در طبیعت وجود ندارد. اینها معمولاً آرایه هایی از ساختارها هستند که کوچکتر از طول موجی هستند که با آنها تعامل دارند. این سازه‌ها قابلیت کنترل تابش الکترومغناطیسی را به روش‌های منحصر به فردی دارند که توسط مواد معمولی به نمایش گذاشته نمی‌شوند. این فاصله و شکل اجزای یک فراماده مشخص است که کاربرد آن و نحوه کنترل تابش الکترومغناطیسی را مشخص می کند. بر خلاف اکثر مواد معمولی، محققان در این زمینه می توانند با تغییر هندسه اجزای ماده، تابش الکترومغناطیسی را به صورت فیزیکی کنترل کنند. ساختارهای فراماده در طیف وسیعی از کاربردها و در طیف وسیعی از فرکانس از فرکانس های رادیویی ، مایکروویو ، تراهرتز ، در سراسر طیف مادون قرمز و تقریبا تا طول موج های مرئی استفاده می شوند. [۱۳]

جاذب ها

[ویرایش]

"یک جاذب الکترومغناطیسی تابش فرودی را نه منعکس می کند و نه انتقال می دهد. بنابراین، قدرت موج برخوردی بیشتر در مواد جاذب جذب می شود. عملکرد یک جاذب به ضخامت و مورفولوژی آن و همچنین مواد مورد استفاده برای ساخت آن بستگی دارد." [۱۴]

«جاذب واحد نزدیک دستگاهی است که در آن تمام تشعشعات فرودی در فرکانس کاری جذب می‌شوند – قابلیت انتقال، بازتاب، پراکندگی و سایر کانال‌های انتشار نور غیرفعال می‌شوند. جاذب امواج الکترومغناطیسی (EM) را می توان به دو نوع دسته بندی کرد: جاذب های رزونانسی و جاذب های باند پهن. [۱۵]

مفاهیم اصلی
[ویرایش]
مقایسه شکست در یک متاماده چپ دست با آن در یک ماده معمولی
مقایسه شکست در یک متاماده چپ دست با آن در یک ماده معمولی

یک جاذب متامتریال از طراحی متوسط موثر متامواد و مولفه های از دست دادن نفوذپذیری و نفوذپذیری مغناطیسی برای ایجاد ماده ای استفاده می کند که نسبت جذب پرتوهای الکترومغناطیسی بالایی دارد. از دست دادن در کاربردهای ضریب شکست منفی ( فرامادات فوتونیک ، فرامواد سیستم های آنتن ) یا اپتیک های تبدیل ( پوشش فرامواد ، مکانیک آسمانی) ذکر شده است، اما معمولاً در این کاربردها نامطلوب است. [۱۶] [۱۷]

گذردهی و نفوذپذیری پیچیده از فرامواد با استفاده از رویکرد محیط موثر مشتق شده‌اند. به عنوان رسانه موثر، فرامواد را می توان با ε(w) = ε1 + iε2 برای گذردهی موثر و µ(w) = µ1 + i µ2 برای نفوذپذیری مؤثر مشخص کرد. مقادیر پیچیده گذردهی و نفوذپذیری معمولاً با میرایی در یک محیط مطابقت دارد. بیشتر کار در فرامواد بر روی بخش های واقعی این پارامترها متمرکز شده است که به جای تضعیف، به انتشار موج مربوط می شود. مولفه های اتلاف (خیالی) در مقایسه با اجزای واقعی اندک هستند و اغلب در چنین مواردی نادیده گرفته می شوند.

با این حال، شرایط تلفات ( ε2 و µ2 ) را نیز می‌توان برای ایجاد تضعیف بالا و متناسب با آن جذب بزرگ مهندسی کرد. با دستکاری مستقل رزونانس ها در ε و μ می توان هم میدان الکتریکی و هم میدان مغناطیسی فرودی را جذب کرد. بعلاوه، یک متاماده را می توان با مهندسی کردن گذردهی و نفوذپذیری آن با فضای آزاد با امپدانس مطابقت داد و بازتاب را به حداقل رساند. بنابراین، به یک جاذب بسیار توانا تبدیل می شود. [۱۸] [۱۹] [۲۰]

از این روش می توان برای ایجاد جاذب های نازک استفاده کرد. جاذب های معمولی معمولی در مقایسه با طول موج های مورد نظر ضخیم هستند، [۲۱] که در بسیاری از کاربردها یک مشکل است. از آنجایی که فرامواد بر اساس ماهیت زیرموج آنها مشخص می شود، می توان از آنها برای ایجاد جاذب های موثر و در عین حال نازک استفاده کرد. این به جذب الکترومغناطیسی نیز محدود نمی شود. [۲۱]

  1. ↑ Landy, N. I.; Sajuyigbe, S.; Mock, J.; Smith, D.; Padilla, W. (21 May 2008). "Perfect Metamaterial Absorber" (PDF). Phys. Rev. Lett. 100 (20): 207402 (2008) [4 pages]. arXiv:0803.1670. Bibcode:2008PhRvL.100t7402L. doi:10.1103/PhysRevLett.100.207402. PMID 18518577. Archived from the original (PDF) on 4 June 2011. Retrieved 22 January 2010. {{cite journal}}: Unknown parameter |displayauthors= ignored (|display-authors= suggested) (help)
  2. ↑ ۲٫۰ ۲٫۱ Yu, Peng; Besteiro, Lucas V.; Huang, Yongjun; Wu, Jiang; Fu, Lan; Tan, Hark H.; Jagadish, Chennupati; Wiederrecht, Gary P.; Govorov, Alexander O. (2018). "Broadband Metamaterial Absorbers". Advanced Optical Materials (به انگلیسی). 7 (3): 1800995. doi:10.1002/adom.201800995. ISSN 2195-1071.
  3. ↑ Li, W.; Valentine, J. (2014). "Metamaterial Perfect Absorber Based Hot Electron Photodetection". Nano Letters. 14 (6): 3510–3514. Bibcode:2014NanoL..14.3510L. doi:10.1021/nl501090w. PMID 24837991.
  4. ↑ Yu, Peng; Wu, Jiang; Ashalley, Eric; Govorov, Alexander; Wang, Zhiming (2016). "Dual-band absorber for multispectral plasmon-enhanced infrared photodetection" (PDF). Journal of Physics D: Applied Physics (به انگلیسی). 49 (36): 365101. Bibcode:2016JPhD...49J5101Y. doi:10.1088/0022-3727/49/36/365101. ISSN 0022-3727.
  5. ↑ Awad, Ehab (21 June 2022). "Graphene Metamaterial Embedded within Bundt Optenna for Ultra-Broadband Infrared Enhanced Absorption". Nanomaterials. 12 (13): 2131. doi:10.3390/nano12132131. PMC 9268047. PMID 35807966.
  6. ↑ Vora, A.; Gwamuri, J.; Pala, N.; Kulkarni, A.; Pearce, J.M.; Güney, D. Ö. (2014). "Exchanging ohmic losses in metamaterial absorbers with useful optical absorption for photovoltaics". Sci. Rep. 4: 4901. arXiv:1404.7069. Bibcode:2014NatSR...4E4901V. doi:10.1038/srep04901. PMC 4014987. PMID 24811322.
  7. ↑ Wang, Y.; Sun, T.; Paudel, T.; Zhang, Y.; Ren, Z.; Kempa, K. (2011). "Metamaterial-plasmonic absorber structure for high efficiency amorphous silicon solar cells". Nano Letters. 12 (1): 440–445. Bibcode:2012NanoL..12..440W. doi:10.1021/nl203763k. PMID 22185407.
  8. ↑ Wu, C.; Neuner III, B.; John, J.; Milder, A.; Zollars, B.; Savoy, S.; Shvets, G. (2012). "Metamaterial-based integrated plasmonic absorber/emitter for solar thermo-photovoltaic systems". Journal of Optics. 14 (2): 024005. Bibcode:2012JOpt...14b4005W. doi:10.1088/2040-8978/14/2/024005.
  9. ↑ Simovski, Constantin; Maslovski, Stanislav; Nefedov, Igor; Tretyakov, Sergei (2013). "Optimization of radiative heat transfer in hyperbolic metamaterials for thermophotovoltaic applications". Optics Express. 21 (12): 14988–15013. Bibcode:2013OExpr..2114988S. doi:10.1364/oe.21.014988. PMID 23787687.
  10. ↑ Adams, Wyatt; Vora, Ankit; Gwamuri, Jephias; Pearce, Joshua M.; Guney, Durdu Ö. (2015). Subramania, Ganapathi S; Foteinopoulou, Stavroula (eds.). "Controlling optical absorption in metamaterial absorbers for plasmonic solar cells". Proc. SPIE 9546, Active Photonic Materials VII. Active Photonic Materials VII. 9546: 95461M. Bibcode:2015SPIE.9546E..1MA. doi:10.1117/12.2190396.
  11. ↑ Landy, N. I.; Sajuyigbe, S.; Mock, J.; Smith, D.; Padilla, W. (21 May 2008). "Perfect Metamaterial Absorber" (PDF). Phys. Rev. Lett. 100 (20): 207402 (2008) [4 pages]. arXiv:0803.1670. Bibcode:2008PhRvL.100t7402L. doi:10.1103/PhysRevLett.100.207402. PMID 18518577. Archived from the original (PDF) on 4 June 2011. Retrieved 22 January 2010. {{cite journal}}: Unknown parameter |displayauthors= ignored (|display-authors= suggested) (help)
  12. ↑ Yu, Peng; Besteiro, Lucas V.; Huang, Yongjun; Wu, Jiang; Fu, Lan; Tan, Hark H.; Jagadish, Chennupati; Wiederrecht, Gary P.; Govorov, Alexander O. (2018). "Broadband Metamaterial Absorbers". Advanced Optical Materials (به انگلیسی). 7 (3): 1800995. doi:10.1002/adom.201800995. ISSN 2195-1071.
  13. ↑ Landy, N. I.; Sajuyigbe, S.; Mock, J.; Smith, D.; Padilla, W. (21 May 2008). "Perfect Metamaterial Absorber" (PDF). Phys. Rev. Lett. 100 (20): 207402 (2008) [4 pages]. arXiv:0803.1670. Bibcode:2008PhRvL.100t7402L. doi:10.1103/PhysRevLett.100.207402. PMID 18518577. Archived from the original (PDF) on 4 June 2011. Retrieved 22 January 2010. {{cite journal}}: Unknown parameter |displayauthors= ignored (|display-authors= suggested) (help)
  14. ↑ Alici, Kamil Boratay; Bilotti, Filiberto; Vegni, Lucio; Ozbay, Ekmel (2010). "Experimental verification of metamaterial based subwavelength microwave absorbers" (Free PDF download). Journal of Applied Physics. 108 (8): 083113–083113–6. Bibcode:2010JAP...108h3113A. doi:10.1063/1.3493736. {{cite journal}}: |hdl-access= requires |hdl= (help)
  15. ↑ Yu, Peng; Besteiro, Lucas V.; Huang, Yongjun; Wu, Jiang; Fu, Lan; Tan, Hark H.; Jagadish, Chennupati; Wiederrecht, Gary P.; Govorov, Alexander O. (2018). "Broadband Metamaterial Absorbers". Advanced Optical Materials (به انگلیسی). 7 (3): 1800995. doi:10.1002/adom.201800995. ISSN 2195-1071.
  16. ↑ Landy, N. I.; Sajuyigbe, S.; Mock, J.; Smith, D.; Padilla, W. (21 May 2008). "Perfect Metamaterial Absorber" (PDF). Phys. Rev. Lett. 100 (20): 207402 (2008) [4 pages]. arXiv:0803.1670. Bibcode:2008PhRvL.100t7402L. doi:10.1103/PhysRevLett.100.207402. PMID 18518577. Archived from the original (PDF) on 4 June 2011. Retrieved 22 January 2010. {{cite journal}}: Unknown parameter |displayauthors= ignored (|display-authors= suggested) (help)
  17. ↑ Tao, Hu; Landy, Nathan I.; Bingham, Christopher M.; Zhang, Xin; Averitt, Richard D.; Padilla, Willie J. (12 May 2008). "A metamaterial absorber for the terahertz regime: Design, fabrication and characterization" (PDF). Optics Express. 16 (10): 7181–7188. arXiv:0803.1646. Bibcode:2008OExpr..16.7181T. doi:10.1364/OE.16.007181. PMID 18545422. Archived from the original (Free PDF download) on 4 June 2011. Retrieved 22 January 2010. {{cite journal}}: Unknown parameter |displayauthors= ignored (|display-authors= suggested) (help)
  18. ↑ Landy, N. I.; Sajuyigbe, S.; Mock, J.; Smith, D.; Padilla, W. (21 May 2008). "Perfect Metamaterial Absorber" (PDF). Phys. Rev. Lett. 100 (20): 207402 (2008) [4 pages]. arXiv:0803.1670. Bibcode:2008PhRvL.100t7402L. doi:10.1103/PhysRevLett.100.207402. PMID 18518577. Archived from the original (PDF) on 4 June 2011. Retrieved 22 January 2010. {{cite journal}}: Unknown parameter |displayauthors= ignored (|display-authors= suggested) (help)
  19. ↑ Tao, Hu; Landy, Nathan I.; Bingham, Christopher M.; Zhang, Xin; Averitt, Richard D.; Padilla, Willie J. (12 May 2008). "A metamaterial absorber for the terahertz regime: Design, fabrication and characterization" (PDF). Optics Express. 16 (10): 7181–7188. arXiv:0803.1646. Bibcode:2008OExpr..16.7181T. doi:10.1364/OE.16.007181. PMID 18545422. Archived from the original (Free PDF download) on 4 June 2011. Retrieved 22 January 2010. {{cite journal}}: Unknown parameter |displayauthors= ignored (|display-authors= suggested) (help)
  20. ↑ Yu, Peng; Besteiro, Lucas V.; Wu, Jiang; Huang, Yongjun; Wang, Yueqi; Govorov, Alexander O.; Wang, Zhiming (6 August 2018). "Metamaterial perfect absorber with unabated size-independent absorption". Optics Express (به انگلیسی). 26 (16): 20471–20480. Bibcode:2018OExpr..2620471Y. doi:10.1364/OE.26.020471. ISSN 1094-4087. PMID 30119357.
  21. ↑ ۲۱٫۰ ۲۱٫۱ Yang, Z.; Dai, H. M.; Chan, N. H.; Ma, G. C.; Sheng, Ping (2010). "Acoustic metamaterial panels for sound attenuation in the 50–1000 Hz regime". Appl. Phys. Lett. 96 (4): 041906 [3 pages]. Bibcode:2010ApPhL..96d1906Y. doi:10.1063/1.3299007. {{cite journal}}: Unknown parameter |displayauthors= ignored (|display-authors= suggested) (help)
برگرفته از «https://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=کاربر:M_100raa&oldid=38349279»