Comportamiento de metamaterial (LHM) y convencional (RHM) en nanoestructuras cilíndricas (NANOTUBOS)

Metamaterial (LHM) and conventional (RHM) behavior of cylindrical nanostructures (NANOTUBES)

En este trabajo se estudia el comportamiento convencional o “Right Handed Materials” (RHM) y el comportamientode metamaterial o “Left Handed Materials” (LHM) desde el punto de vista clásico, en nanoestructuras cilíndricas(nanotubos) construidas imponiendo condiciones de borde a una red bidimensional infinita de circuitos LC acoplados coninteracción a primeros vecinos. Tipificaremos los materiales considerando el signo del coseno del ángulo formado por losvectores velocidad de grupo y velocidad de fase, siendo metamaterial o LHM cuando el coseno del ángulo sea negativo yconvencional o RHM cuando el valor del coseno sea positivo. El eje de los nanocilindros se hace coincidir, como primercaso, con la línea de transmisión dual, y como segundo caso, con la línea de transmisión directa. Este estudio muestraque ambos nanocilindros tienen un comportamiento de RHM y LHM, y además se comportan como filtros pasa alto ypasa bajo, pero ahora aparece un número discreto de frecuencias de corte en cada caso, a diferencia de lo que ocurre enlas líneas de transmisión.

INTRODUCCIÓN

El término “metamaterial” se asocia a una estructura o medio artificial que, en un determinado rango de frecuencias, presenta propiedades electromagnéticas singulares con potencial para una gran variedad de aplicaciones (ópticas) y de microondas, tales como nuevos tipos de moduladores, banda de filtros de transición, lentes, acopladores de microondas y antenas aleatorias. En la última década, las características electromagnéticas de los metamateriales “zurdos” (LHMs, Left Handed Materials), nombre que se da a los materiales con permitividad eléctrica ε y permeabilidad magnética μ negativas, se han utilizado en el diseño de nuevas aplicaciones y dispositivos por parte de la comunidad científica [1-4]. En la literatura, metamaterial “zurdo” se entiende por un material en el que la “regla de la mano derecha” no es obedecida, lo que permite que una onda electromagnética transmita energía (con una velocidad de grupo) en la dirección opuesta a su velocidad de fase. Los materiales convencionales (RHM), también llamados normales, son materiales naturales, que refractan la luz o la radiación electromagnética, a la derecha del haz incidente, en diferentes ángulos y velocidades, cuya constante de permitividad eléctrica ε es positiva así como la constante de permeabilidad magnética μ.

En este estudio consideraremos el siguiente criterio para tipificar los materiales: el comportamiento será de metamaterial o LHM cuando el coseno del ángulo formado por los vectores velocidad de grupo y velocidad de fase sea negativo y el comportamiento será convencional o RHM cuando el valor del coseno sea positivo.