Un grupo cient铆fico internacional compuesto por cient铆ficos de NUST "MISiS" y la Universidad Polit茅cnica de Tur铆n ha desarrollado un nuevo modelo metamaterial que mejorar谩 la precisi贸n de los nanosensores en 贸ptica y biomedicina al enmascararlos de la radiaci贸n externa. Se public贸 un art铆culo sobre los resultados del estudio en la revista Scientific Reports .El desarrollo de un modelo de nuevos nanosensores de enmascaramiento de metamateriales se lleva a cabo en el marco del proyecto ruso-italiano ANASTASIA (dispersi贸n de arquitecturas avanzadas no radiantes, anapos invisibles y sostenibles), cuyo prop贸sito es modelar y luego recrear dicho metamaterial que har铆a invisibles los objetos a nanoescala en todos los rangos de onda.
"Ocultar un objeto grande es realmente m谩s f谩cil que uno peque帽o", dice un estudiante graduado en el Laboratorio de Metamateriales Superconductores en NUST MISiS y el autor principal del art铆culo, Anar Ospanova. - Existen varias t茅cnicas de camuflaje y tecnolog铆as de sigilo. Pero cuando tratamos con objetos a nanoescala, por ejemplo, agujas de sensores en biomedicina o f铆sica, la situaci贸n se vuelve m谩s complicada. Por lo general, los nanosensores son proporcionales a los objetos estudiados, por lo tanto, cuando entran en el medio, lo influyen muy fuertemente: cambian la presi贸n en 茅l, dispersan la radiaci贸n y se hace dif铆cil entender d贸nde est谩n las caracter铆sticas de la aguja y d贸nde est谩n las caracter铆sticas del objeto en s铆. Decidimos "ocultar" la radiaci贸n de los nanosensores y as铆 aumentar la precisi贸n de su trabajo ".
El elemento principal del metamaterial modelado por los cient铆ficos es una metamolecula, que consta de cuatro cilindros-diel茅ctricos hechos de litio equivalente - LiTaO3 - con un radio de 5 渭m. Al formar una especie de caparaz贸n para el nanosensor, los diel茅ctricos interact煤an con la radiaci贸n, y surge el llamado estado de anapole, un dispersor no radiante. (fig. 1). Como resultado, el objeto se vuelve invisible para un observador externo (Fig. 2 c). Individualmente, todos los elementos, un nanosensor y diel茅ctricos, dispersan la radiaci贸n y distorsionan fuertemente la imagen de los campos el茅ctricos y magn茅ticos (Fig. 2 a, b).
Figura 1:
visualizaci贸n de una metamolecula que consiste en un nanosensor: un cilindro met谩lico conductor (en el centro) y cuatro cilindros diel茅ctricos (a lo largo de los bordes), donde P es el momento dipolar el茅ctrico del conductor, T es el momento toroidal de la vaina diel茅ctrica.
Figura 2 -
visualizaci贸n de la radiaci贸n visible de elementos fuera de la metam茅cula y en forma de una metamolecula, donde (a) es el elemento central sin caparaz贸n; (b) - elementos de carcasa sin elemento central; (c) es el elemento central en el caparaz贸n.Para los c谩lculos, utilizamos un conductor de metal con un radio de 2.5 渭m, simulando un nanosensor y con una dispersi贸n de onda muy alta, lo que nos permiti贸 realizar c谩lculos para el nivel de radiaci贸n m谩s alto posible. La simulaci贸n tuvo lugar en el rango de terahercios, entre los rangos de infrarrojos y microondas.
Los cient铆ficos utilizaron LiTaO3: el equivalente de litio como material de la metamolecula, aunque pueden usarse otros materiales dependiendo del alcance de la aplicaci贸n. En nano贸ptica, por ejemplo, ser谩 posible trabajar con silicio y germanio.
Seg煤n el jefe del proyecto ANASTASIA por parte de NUST "MISiS", profesor asociado Alexei Basharin, el metamaterial creado tiene perspectivas de uso en biomedicina, por ejemplo, debido al uso de cloruro de potasio compatible con el cuerpo humano como caparaz贸n.
鈥淗ay una serie de casos en los que debe asegurarse de que el objeto no interact煤e con la luz, por ejemplo, cuando administra medicamentos a nanoescala. Nuestro objetivo final es crear una metamolecula en la que la dispersi贸n del objeto y su caparaz贸n se encontrar谩n, neutraliz谩ndose entre s铆 y haciendo que el objeto sea invisible en el rango de onda correspondiente ", - Alexey Basharin.
La pr贸xima etapa del estudio, la creaci贸n experimental de la estructura propuesta en condiciones de laboratorio, est谩 programada para el oto帽o de 2018.
Por el momento, se ha ganado experiencia en la creaci贸n de materiales y objetos que son transparentes a un rango muy estrecho de radiaci贸n y ocultan objetos solo en cierto 谩ngulo. La tarea establecida por los participantes del proyecto ANASTASIA es generalizar la experiencia de crear tales estructuras y desarrollar una teor铆a con la cual sea posible modelar y luego crear metamateriales que oculten objetos desde cualquier 谩ngulo y en un amplio rango.