Materiali che “invertono” le leggi fisiche

• 
• Tweet
• Pin It
• Condividi per email

I fisici dell’università di San Diego, che lo scorso anno hanno realizzato una classe di materiali compositi che avrebbero dovuto possedere proprietà elettromagnetiche invertite rispetto a quelle previste dalle leggi di Snell, hanno di recente verificato sperimentalmente con successo le loro supposizioni.

Questo risultato è molto di più di una semplice curiosità scientifica.

I nuovi materiali si potrebbero rivelare impareggiabili nella realizzazione di antenne allo stato solido integrabili nei PCB, filtri e dispositivi elettromagnetici per la telefonia cellulare e per l’elettronica di potenza e di lenti “perfette” non soggette a fenomeni di diffrazione e in grado di focalizzare la luce o altre forme di radiazione in modi fino ad oggi impossibili.

La diffrazione è un fenomeno fisico che limita la precisione attuale delle lenti a una risoluzione pari a un mezzo della lunghezza d’onda della radiazione incidente.

Lenti “perfette” possono essere estremamente utili nei processi litografici per la realizzazione di integrati CMOS.

A detta degli esperti infatti le tecniche tradizionali possiedono limiti di risoluzione al di sotto degli 0.

1 micron, e attualmente è in corso di sviluppo la tecnologia CMOS da 0.

13 mm.

Che cosa sono i “metamateriali”
Un metamateriale è un prodotto composito che presenta proprietà non osservabili nei singoli materiali che lo costituiscono, né tantomeno in natura.

Esso, per come è costruito, sfrutta le leggi fisiche valide per i corpi di dimensioni microscopiche.

È costituito infatti da reticoli bi-tridimensionali con celle unitarie di dimensioni dell’ordine del nanometro o del micron per avere effetti nel campo della luce visibile, o dell’ordine del millimetro per avere effetto nel range delle microonde.

Il metamateriale realizzato dai ricercatori dell’Università di San Diego (UCSD) contiene degli oscillatori ad anello (SRR, Split Ring Resonator) e dei fili in rame su una board in fibra di vetro.

Gli SRR e i fili sono disposti in una struttura regolare bidimensionale con passo reticolare pari a 5 mm, come mostrato in figura 1.

La cella unitaria del reticolo possiede 6 SRR e 2 fili.

Il materiale così realizzato è in grado di trasmettere la radiazione in un range che va dalla frequenza di operazione dei comunissimi forni a microonde (3.

3GHz) a quella dei radar militari (10 GHz).

La radiazione che attraversa i materiali ordinari viene sempre deflessa nello stesso modo, secondo la legge fisica di Snell per materiali a “indice di rifrazione positivo”.

I metamateriali sono stati specificamente progettati per avere un “indice di rifrazione negativo” o “a regola della mano sinistra”, espressione coniata dal fisico teorico russo V.

G.

Veselago che ne aveva previsto l’esistenza nel lontano 1968.

L’indice di rifrazione di un materiale rappresenta una proprietà del materiale in base alla quale è possibile prevedere l’angolo con il quale la radiazione, sia essa luce visibile o microonde, attraversa il materiale stesso.

Un raggio di luce che incide su una superficie di vetro infatti viene deflesso in modo più consistente rispetto a uno che incide sull’acqua.

Questo fenomeno, in combinazione con un’appropriata curvatura, è utilizzato per la focalizzazione nelle lenti.

Un’altra curiosa proprietà dei nuovi materiali riguarda l’inversione dell’effetto Doppler, che fa si che il fischio di un treno si fa più acuto quando questo si avvicina.

La radiazione che attraversa un metamateriale in movimento si sposta verso frequenze più basse quando questo si avvicina verso l’osservatore.

Intense ricerche sui metamateriali vengono svolte anche dal DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) e dal AFOSR (Air Force Office of Scientific Research).

All’inizio di quest’anno i ricercatori inglesi di Marconi Caswell hanno realizzato un dispositivo per imaging a risonanza magnetica (MRI) di notevole efficienza usando un materiale dalle proprietà affini a quello realizzato presso l’Univerità di San Diego.

Scarica l'allegato

• 
• Tweet
• Pin It
• Condividi per email