Dielétricos artificiais
Os dielétricos artificiais são materiais compostos fabricados, muitas vezes consistindo em séries de formas ou partículas condutoras em uma matriz de suporte não condutora, projetada para ter propriedades eletromagnéticas específicas, semelhantes às de dielétricos. Desde que o espaçamento da estrutura seja menor que um comprimento de onda, essas substâncias podem refratar e difratar ondas eletromagnéticas e são usadas para fazer lentes, grades de difração, espelhos e polarizadores para micro-ondas. Estes foram primeiramente conceituados, construídos e implantados para interação na faixa de frequência de micro-ondas nas décadas de 1940 e 1950. O meio produzido, o dielétrico artificial, tem uma permissividade efetiva e uma permeabilidade efetiva, ambas previamente planejadas.[1] [2]
Além disso, alguns dielétricos artificiais podem consistir em estruturas irregulares, misturas aleatórias ou uma concentração não uniforme de partículas.
Os dielétricos artificiais entraram em uso com as tecnologias de radares que utilizam micro-ondas, desenvolvidas entre as décadas de 1940 e 1970. O termo "dielétricos artificiais" entrou em uso porque estes são análogos macroscópicos de dielétricos naturais. A diferença entre a substância natural e a artificial é que os átomos ou moléculas são materiais criados artificialmente (por humanos). Os dielétricos artificiais foram propostos devido à necessidade de estruturas e componentes leves para vários dispositivos de emissão de micro-ondas.[2]
Trabalho seminal
[editar | editar código-fonte]O termo dielétrico artificial foi criado por Winston E. Kock em 1948, quando ele trabalhava nos Laboratórios Bell. Ele descrevia materiais de dimensões práticas que imitavam a resposta eletromagnética de sólidos dielétricos naturais. Os dielétricos artificiais surgiram da necessidade de materiais leves e de baixa perda para dispositivos grandes e pesados.[1] [2] [3]
Análogo de dielétrico
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Dielétricos naturais, ou materiais naturais, são usados como modelo para os dielétricos artificiais. Quando um campo eletromagnético é aplicado a um dielétrico natural, respostas locais e dispersões ocorrem no nível atômico ou molecular. A resposta macroscópica do material é então descrita como permissividade elétrica e permeabilidade magnética. No entanto, para que essa resposta macroscópica seja válida, um tipo de ordenamento espacial deve estar presente entre os dispersores. Além disso, uma certa relação ao comprimento de onda faz parte de sua descrição. Uma estrutura de grade, com algum grau de ordenação espacial está presente. Além disso, o campo aplicado é maior em comprimento de onda do que o espaçamento da grade. Isso permite que uma descrição macroscópica seja expressa em permissividade elétrica e permeabilidade magnética.[3]
Para fabricar permissividade e permeabilidade artificiais, é necessário acessar os átomos. Este grau de precisão é imprático. No entanto, no final da década de 1940 - no domínio de comprimentos de onda longos, como frequências de rádio e micro-ondas - tornou-se possível fabricar dispersores mais acessíveis e em maior escala que imitam a resposta local de materiais naturais - juntamente com uma resposta macroscópica sintetizada. Nos campos de radiofrequência e micro-ondas, foram montadas tais estruturas de rede cristalina artificial. As dispersões responderam a um campo eletromagnético da mesma maneira que átomos e moléculas em materiais naturais, e o meio se comportou como dielétricos com uma resposta efetiva.
Os elementos de dispersão são projetados para espalhar o campo eletromagnético de uma maneira prescrita. A forma geométrica dos elementos – esferas, discos, tiras condutoras, etc. – contribuem para os parâmetros de projeto.[4]
Meio com haste
[editar | editar código-fonte]- O meio com haste (meio de plasma) também é conhecido como malha de arame e grade de arame. É uma rede quadrada de fios finos paralelos. A pesquisa inicial referente a este meio foi conduzida por J. Brown, KE Golden e W. Rotman.[4]
Metamateriais
[editar | editar código-fonte]Os dielétricos artificiais tem uma ligação histórica direta aos metamateriais.[2] [4]
Referências
[editar | editar código-fonte]- ↑ a b Milonni, Peter W.; Institute of Physics (30 de novembro de 2004). Fast light, slow light and left-handed light. [S.l.]: CRC Press. pp. 221, 222. ISBN 978-0-7503-0926-4 Inicialmente publicado em 2004 de acordo com a CRC Press web page Arquivado em setembro 28, 2011, no Wayback Machine. De acordo com a pagina de direitos autorais do livro, acessível via Google Livros, ele havia entrado em sua nona reimpressão em algum momento de 2005.
- ↑ a b c d Wenshan, Cai; Shalaev, Vladimir (novembro de 2009). Optical Metamaterials: Fundamentals and Applications. [S.l.]: Springer. pp. xi, 3, 8, 9, 59, 74. ISBN 978-1-4419-1150-6
- ↑ a b Eleftheriades, George V.; Balmain, Keith (julho de 2005). Negative-refraction metamaterials: fundamental principles and applications. [S.l.]: John Wiley & Sons, Inc. pp. v, xiii, xiv, 4–7, 46, 47, 53. ISBN 978-0-471-60146-3 Direitos autorais reservados pelo Institute of Electrical Engineers.
- ↑ a b c Capolino, Filippo (5 de outubro de 2009). Theory and Phenomena of Metamaterials. [S.l.]: CRC Press. pp. 1–1 to 1–8. ISBN 978-1-4200-5425-5
Ligações externas
[editar | editar código-fonte]- Um dielétrico artificial (vídeo aula). Eletromagnética e Aplicações (Física). Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT)
