Estudio de un absorbedor basado en metamaterial quiral

Study of absorber based on chiral metamaterial

El presente trabajo estudia el comportamiento electromagnético de un dispositivo absorbedor con estructurametamaterial quiral. El dispositivo propuesto consiste en una estructura de planos paralelos, con rosetasmetálicas implantadas, físicamente separadas por capas dieléctricas. Para demostrar el efecto absorbedorde tal estructura, se ejecuta una simulación básica, en la cual se hace incidir un haz gaussiano sobre elmetamaterial quiral. Los resultados muestran que, para efectos prácticos, ocurre absorción total. Estecomportamiento hace que la estructura propuesta se comporte como un “agujero negro espacial”.

INTRODUCCIÓN

Los metamateriales están compuestos por materiales artificiales diseñados para obtener, simultáneamente, una permitividad eléctrica (ε) y permeabilidad magnética (μ) negativas, ello permite obtener materiales con propiedades electromagnéticas inusuales, incluyendo índice de efracción negativo (lo que se traduce en una inversión de la ley de Snell) y desviación del efecto Doppler y de la radiación Cherenkov [1-3]. Estas características han dado lugar a potenciales aplicaciones en diferentes áreas, tales como: mantos de invisibilidad electromagnética, imágenes de súper resolución, concentradores electromagnéticos, almacenadores de luz, etc. Un medio metamaterial presenta un comportamiento opuesto a las de un medio convencional, ya que el vector de campo eléctrico $E$,  el vector de campo magnético $H$ y el número de onda $k$ forman una tríada zurda, lo cual supone que la luz se propague en sentido contrario al flujo de energía, representado por el vector de Poynting $S$. Esta situación se muestra en la Figura 1; en un medio metamaterial el vector de Poynting y el número de onda tienen sentidos opuestos, mientras que en un medio convencional tienen el mismo sentido.​

Consecuentemente, en ambos medios la energía se propaga alejándose de la fuente de radiación, pero en metamateriales los frentes de ondas se desplazan hacia la fuente. Por eso en dichos medios las ondas se denominan ondas de retroceso, donde la velocidad de fase ${}^{v}p$ y la velocidad de grupo ${}^{v}g$ tienen sentidos opuestos. Este efecto es compensatorio en la estructura que se propone.

Por otro lado, los medios quirales poseen la habilidad de rotar el plano de polarización de la luz (girotropía) [4-5]. Este efecto en la actualidad es ampliamente usado en distintas áreas de las ciencias.