Một siêu vật liệu mới có thể được sử dụng để tạo
ra kính một chiều thực thụPhản ứng của vật liệu truyền thống đối với điện và từ trường
được xác định bởi các nguyên tử và với ánh sáng cũng vậy. Tuy nhiên, trong siêu
vật liệu quang học, các nguyên tử được thay thế bằng siêu nguyên tử có thể được
thiết kế có cấu trúc sở hữu những đặc tính hiếm thấy trong tự nhiên, tạo điều
kiện cho một thiết kế tạo ra phản ứng điện từ độc đáo và cho phép xử lý chính
xác ánh sáng ở cấp độ nano.
Khả năng điều khiển và xử lý ánh sáng ở cấp độ nano mở ra
nhiều ứng dụng cho siêu vật liệu trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Nay các nhà
nghiên cứu tại Đại học Aalto ở Phần Lan vừa tạo ra một siêu vật liệu quang học
mới có thể tạo ra loại kính một chiều thực sự.
Ở dạng tổng quát nhất, hiệu ứng điện từ (ME) biểu thị sự kết
hợp giữa các tính chất từ và điện của vật liệu. Mặc dù tác động của từ hóa lên
các vật liệu truyền thống ở tần số quang là không đáng kể nhưng nó có thể được
tăng cường bằng cách sử dụng siêu vật liệu mà ở đó từ hóa có thể được tạo ra bởi
thành phần điện của ánh sáng và sự phân cực có thể được tạo ra bởi thành phần từ
tính.
Các nghiên cứu trước đây đã chứng minh rằng từ tính mạnh ở
tần số vi sóng, tạo ra hiệu ứng ME rõ rệt ở dải phổ này. Dù đã đưa ra lý thuyết
cách đây 2 thập kỷ, cho đến nay, vẫn khó có thể hiện thực hóa một loại siêu vật
liệu hoạt động ngoài phạm vi đó.
Siêu vật liệu mới dựa vào hiệu ứng điện từ không tương hỗ
(NME). Không quá mang tính vật lý, hiệu ứng NME hàm ý rằng các đặc tính từ hóa
và phân cực của vật liệu có liên hệ với các thành phần khác nhau của ánh sáng
hoặc các sóng điện từ khác.
Tác giả dẫn đầu nghiên cứu Shadi Safaei Jazi cho biết: “Cho
đến nay, hiệu ứng NME vẫn chưa dẫn đến các ứng dụng công nghiệp thực tế. Hầu hết
các phương pháp được đề xuất sẽ chỉ hoạt động đối với vi sóng chứ không phải
ánh sáng khả kiến và chúng cũng không thể được chế tạo bằng công nghệ hiện có”.
Các nhà nghiên cứu đã khắc phục thành công các vấn đề đó bằng
cách sử dụng các kỹ thuật công nghệ và chế tạo nano hiện có để tạo ra siêu vật
liệu NME quang học 3 chiều mà mỗi siêu nguyên tử riêng lẻ được làm từ các vật
liệu thông thường như coban và silic có khả năng tự từ hóa.
Siêu vật liệu mới mở đường cho các ứng dụng cần từ trường
bên ngoài mạnh để hoạt động, chẳng hạn như kính một chiều thực sự. Cái gọi là
kính “một chiều” hiện nay thực chất chỉ là bán trong suốt, cho ánh sáng xuyên
qua theo cả 2 hướng. Nó hoạt động giống như kính một chiều khi có sự chênh lệch
về độ sáng giữa 2 bên. Tuy nhiên, kính một chiều dựa trên NME sẽ không yêu cầu
sự chênh lệch độ sáng đó vì ánh sáng chỉ có thể đi qua nó theo một hướng.
Safaei nói: “Hãy tưởng tượng có một cửa sổ bằng kính đó
trong nhà, văn phòng hoặc ô tô của bạn. Bất kể độ sáng bên ngoài như thế nào, mọi
người sẽ không thể nhìn thấy bất cứ thứ gì bên trong, trong khi bạn sẽ có được
tầm nhìn hoàn hảo từ cửa sổ của mình”.
Siêu vật liệu này cũng có khả năng làm cho pin mặt trời hoạt
động hiệu quả hơn bằng cách ngăn chặn sự phát nhiệt mà các cell pin hiện tại tỏa
ra về phía mặt trời, làm giảm lượng năng lượng mà chúng thu được.
LH (Đại học Aalto)