Grupo de Electromagnetismo METAMATERIALES: Materiales Electromagnéticos para las Tecnologías del Futuro A. Vegas Universidad de Cantabria.

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1 Grupo de Electromagnetismo METAMATERIALES: Materiales Electromagnéticos para las Tecnologías del Futuro A. Vegas Universidad de Cantabria

2 Grupo de Electromagnetismo

3 Hasta mitad de los 80  Ondas electromagnéticas en el vacío  Estructuras sencillas  Materiales con propiedades simplificadas Investigación: dispositivos, materiales (Siglo XX)  Nuevas técnicas de fabricación  Desarrollo de técnicas numéricas y computadores más rápidos Desarrollo de nuevos materiales

4 Grupo de Electromagnetismo Nuevos materiales Medios complejos Materiales no convencionales ¿Dónde se estudian? Materiales i.h.l Lo habitual: Medios Isótropos, homogéneos, lineales I. H. L.

5 Y DIJO MAXWELL......Y SE HIZO LA LUZ Ecuaciones de Maxwell J. Represa

6 Grupo de Electromagnetismo Relaciones de constitución Medio I.H.L. – Campo eléctrico – Campo magnético 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.

7 Grupo de Electromagnetismo NUEVOS MATERIALES Medios Complejos Estructuras Periódicas EBG Bianisótropos Biisótropos METAMATERIALES

8 Grupo de Electromagnetismo METAMATERIALES Materiales artificiales con propiedades electromagnéticas “fuera de lo normal” que no se encuentran en la Naturaleza Prefijo “Meta”“Más allá” en griego

9 Grupo de Electromagnetismo Medio anisótropo H.L.: y Tensores Medio Bi-anisótropo homogéneo: Parámetros del material MEDIOS COMPLEJOS

10 Grupo de Electromagnetismo Medio Bi-isótropo homogéneo: Escalares  parámetro de Tellegen  parámetro de Pasteur MEDIOS COMPLEJOS

11 Grupo de Electromagnetismo QUIRAL Si  = 0 medio QUIRAL MEDIOS COMPLEJOS El medio quiral es el bianisótropo más sencillo Actividad óptica Arago 1811 Biot 1817 Pasteur 1860 Quiralidad: del griego cheir = mano Incongruencia con su imagen especular 1 er medio quiral artificial Lindman 1920

12 Grupo de Electromagnetismo Muestras de material quiral (U. Murcia, U. Valladolid, U. Cantabria)

13 Grupo de Electromagnetismo Detalle de muestra de material quiral

14 Grupo de Electromagnetismo QUIRALES Materiales difíciles de fabricar Necesario predecir sus propiedades Importante: medida parámetros constitutivos En el espacio libre En guía de onda Univ. Murcia G. de Electromagnetismo Aplicaciones Superficies selectivas en frecuencia Conversión de polarización MEDIOS COMPLEJOS Materiales absorbentes de Radar

15 Grupo de Electromagnetismo MEDIOS  MEDIOS COMPLEJOS Propuesta de Saadoum & Engheta 1992  Inclusiones en forma de  en una matriz isótropa Fabricación mediante tecnología planar

16 Grupo de Electromagnetismo NUEVOS MATERIALES Medios Complejos Estructuras Periódicas EBG Bianisótropos Biisótropos METAMATERIALES

17 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” Bandas de Frecuencia Admitidas (banda de paso) Prohibidas (banda rechazada)

18 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 Eléctrica Universidad Pública de Navarra Grupo del Departamento de Física Aplicada Universidad de Oviedo Grupo del Departamento de Ingeniería Comunicaciones Universidad de Cantabria

19 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

20 Grupo de Electromagnetismo NUEVOS MATERIALES Medios Complejos Estructuras Periódicas EBG Bianisótropos Biisótropos METAMATERIALES

21 Grupo de Electromagnetismo M e t a m a t e r i a l e s BUSCANDO EN

22 Grupo de Electromagnetismo

23 Estado de la materia viva después de la lectura

24 Grupo de Electromagnetismo

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26 NUEVOS MATERIALES Medios Complejos Estructuras Periódicas EBG Bianisótropos Biisótropos METAMATERIALES

27 Grupo de Electromagnetismo MATERIALES “ZURDOS” “Left Handed Materials” (LHM) LHM Materiales con  <0 y  <0 “La estrella” de los Metamateriales Incorporan a la teoría electromagnética

28 Grupo de Electromagnetismo LHM Teoría establecida por Veselago en 1968 Predice efectos inversos Doppler Cherenkov 30 años después: Pendry ( Imperial College) Smith & Schultz (UCSD ) SRR´s y Postes “Left Handed Materials” n<0

29 Grupo de Electromagnetismo LHM La palabra “zurdo” o “left handed” genera confusión (especialmente en óptica) Otras denominaciones Backward Wave Materials MNR Materiales con índice de refracción negativo DNG Double Negative Materials Backward

30 Grupo de Electromagnetismo LHM MATERIALES “ZURDOS” Se construyen disponiendo “periódicamente” agrupaciones de hilos metálicos y de resonadores en anillo abiertos SRR’s  <0  <0

31 Grupo de Electromagnetismo LHM MATERIALES “ZURDOS” Realizada la configuración: ¿Cómo probar que funciona? La fase dentro del material Fácil numéricamente Muy difícil experimentalmente MIDIENDO

32 Grupo de Electromagnetismo LHM MATERIALES “ZURDOS” 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 MIDIENDO

33 Grupo de Electromagnetismo George V. Eleftheriades http://www.waves.utoronto.ca/prof/gelefth/main.html MATERIALES “ZURDOS” LHM A partir de lo anterior se abre la “veda” Nuevas construcciones de medios LHM Agrupaciones L-C

34 Grupo de Electromagnetismo George V. Eleftheriades http://www.waves.utoronto.ca/prof/gelefth/main.html MATERIALES “ZURDOS” LHM

35 Grupo de Electromagnetismo http://www.ifh.ee.ethz.ch/~martin/res11.en.html SRR´s

36 Grupo de Electromagnetismo LÍNEAS de INVESTIGACIÓN Homogeneización Procesos de simulación y modelado (Electromagnetismo Computacional) Medidas (Nuevos sistemas y métodos)

37 Grupo de Electromagnetismo ¡ Muchas gracias! por su atención

38 Grupo de Electromagnetismo Paquete de ondas gaussiano moviéndose a través de una interfase PIM-NIM http://sagar.physics.neu.edu/

39 Grupo de Electromagnetismo Un haz Gaussiano moviéndose a través de una interfase PIM-NIM http://sagar.physics.neu.edu/

40 Grupo de Electromagnetismo Ondas planas moviéndose a través de una interfase PIM-NIM http://sagar.physics.neu.edu/

41 Grupo de Electromagnetismo Haz Gaussiano moviéndose a través de un lamina NIM http://sagar.physics.neu.edu/

42 Grupo de Electromagnetismo