有一个有趣的转折纳米电子学的宾夕法尼亚大学,和它有一个光学元件。略读的一些报道,你可能会认为光学电路类似光子,光在哪里被不停地周转护送到各个隐蔽和操纵。事实上,不是这样的。找出这个新领域,提出了“metatronics”的名称,我们需要回到一些基本知识。这些不是所有的事情我们可能会从被遗忘回忆类:其中一些“基本”有些人离开学校很长时间后被发现。
首先让我们触摸称为“等离子。“这与光和金属之间的交互。金属不能支持持续的电场,因为电子可以移动电子baitball;他们游泳无论他们需要为了抵消外加电场,像许多沙丁鱼避免鲨鱼。
当然,如果你开始变化的电场,那么这个baitball来回移动。但电子物理实体,他们花时间移动,他们不停止瞬间移动。所以如果你开始摆动速度不够快,他们再也不能跟上。如果稳定的领域瞬间删除,电子,释放,将回到他们的离子,但他们不会去站:他们会过度,然后又被拉回来,超调,虽然少,等等,直到阻尼振荡。
这个振动的固有频率发生频率称为“等离子体”,它往往是在我们与光的范围。下面这个频率,金属不能传播电场由光子由于电子能够快速响应足以抵消,所以这些金属拒绝和反映光子冲击表面上,使其高度反光的。这就是为什么大多数金属,紫外线的等离子体频率范围,反映所有可见光。
上面这个频率,电子疯狂地试图跟上(无效)。有一些金属,黄金、白银和铜尤其是(所谓的“贵族”金属),等离子体频率在可见范围内——一些频率传播,而不是反映给金属颜色特征。这些金属被称为“电浆”;别人是“non-plasmonic。”(适用于这样的描述,然而,只有对一个给定的频率)。
这种光子之间的相互作用和金属的基础我们的主题“光学”的本质。这并不是说我们要操纵光:我们会操纵电子,但以新的方式,,而不是电子的来源是电池,它将光提供了当前,拥挤在现有的电子光学频率。
事情开始变得有趣了。但它是坏消息对我们这些从一切麦克斯韦跑尖叫。麦克斯韦方程中目前有两个组件:一个是与我们合作的标准电流频率较低;另一种是所谓的“位移”电流。通常,我们只考虑位移电流在处理电容器:这就是让我们想象一个电流通过电容器虽然没有电子运动通过之间的介质电容器盘子。
但是,在太赫兹范围,电子开始很难跟上振荡,因此不能通过导线(因为,当他们开始,他们被猛拽回来),位移电流占主导地位。在电介质位移电流也流;只是电子永远不能离开他们的原子;他们只是振动,稍稍偏离中心移动。
纳德Engheta宾夕法尼亚大学教授和他的学生团队一直在想象小金属nano-spheres在可见光波段。使用电浆材料如金,您应该能够建立共振——就像用可见光照射一LC坦克-等离子体频率(上图)。所以这些小粒子可以像nano-inductors(有一个关联的“边缘”电容,我称之为“寄生”,这样我就可以方便地忽略它)。Non-plasmonic金属不产生共鸣频率;它们看起来更像是一个碳碳罐,因此可以作为nano-capacitors。
物质属性关系到这一切的关键是材料的介电常数或能力“许可证”电场,由ε(ε)表示。介电常数变化的频率和是一个复数量。如果真正的部分的介电常数是正的,那么物质就像一个nano-capacitor;如果负面的,它就像一个nano-inductor。介电常数代表的虚构的部分损失并提供nano-resistance。
这个想法是这样的粒子,从概念上讲,创建nano-circuits相结合。而不是使用范围,您可以构建结构不同材料相互邻接的地方专门设计的效果实际电路的方法。
但还有另一个抓当试图建立这样的电路。我们可以直接标准电流导线,路由在弯曲和在任何我们想要的方向,因为电线周围都是不导电的材料,将电子。位移电流,但是,不是那么彬彬有礼的:它不是封闭的金属边界(如电容器证明)。所以,当试图建立一个电路,大部分的字段(或者,更重要的是,由此产生的位移电流)可以控制不住地“泄漏”到周围的材料。当前必须限制为了直接的路径。
这里的方法是使用两个不同的类的材料,再一次,通过介电常数有关。介电常数决定了位移电流给定的字段会导致多少。如果介电常数的实部是非常小,接近于零的水平,产生这个名字“ε接近于零,”或劳动部,那么这种材料不会“许可证”,将产生一个很小的位移电流,从而像绝缘体。
导体,可以使用一种材料的介电常数的实部是大——一个epsilon-very-large或EVL材料。一nano-cylinder EVL材料的一层护套劳动部材料看起来像nano-equivalent绝缘线。
所以…从这个nano-morass退出一点,让我们来看看几个更高级的概念。首先,让我们考虑一下我们这样做。我们这些工作远低于射频范围得到的便利将电子元件作为集中的元素。我们放一个电阻器在董事会或芯片和我们说的电阻是局限于特定的位置。这个作品,因为电气信号的波长更长时间比我们的物理尺寸的组件。
如果我们把频率,波长向下,我们再也不能把组件:电阻,电容和电感无处不在。告诉一个digitally-oriented家伙喜欢我,,好吧,它只是让你不寒而栗。
非常小,但这些纳米结构,即使在光学频率,它们可以被视为集总元件,和你离开射频技术落后,回到更容易电路设计。
的名字“metatronics”,这是Engheta教授提出了自然反应了一定的事实,不给我们我们需要的一切:我们需要“meta-materials。“这些材料是专门设计的自然界中不存在的,就像一个负的折射率。我们需要工程师劳动部和EVL材料,例如,为了这一切的工作。
团队已经证明了这个理论的一些概念,提出。他们创造了低应力氮化硅(LS Si3N4)“nano-rods”悬浮在空中,nano-rod介电常数的实部是负的(在他们所使用的频率),让他们充当电感,和空气间隙,真正拥有一个积极的介电常数组件,像电容器。间隙宽度和杆宽度在亚波长范围。
他们可以使用这个结构来评估两种不同的电路通过偏振光线的性质是不同的。如果与棒电是一致的,那么差距和棒似乎并行;如果极化在棒,那么组件出现在系列。做一个很长的故事,他们的测试结果符合这集总等效电路的观点。
所以在这一点上,我们有一个概念和一些初步研究贷款凭证的概念。它的细节都是比我更涉及进入这里,当然;我更喜欢激励通过视觉类似物(如一个振荡的电子的形象)而不是残暴的规定的方程。(“为什么会这样呢?因为方程说它!”),但当然,摔跤的所有方程的实际工作和细节到地上,把行业,并开始构建实际电路严重地要做之前你附近的一个工厂。
更多信息:
*好吧,你明白我的意思…事实是,细节伤了我的头…
你渴望metatronic电路吗?你怎么看待这个概念?