Language
Country/Area
No result found
Dunia material yang tidak dapat Anda bayangkan: Bagaimana metamaterial memengaruhi gelombang elektromagnetik dan suara?
Dalam kehidupan sehari-hari, perilaku materi tampak konstan, tetapi para ilmuwan telah menggunakan teknologi rekayasa untuk menciptakan jenis materi yang sama sekali baru yang disebut metamaterial. Keajaiban zat ini, yang memiliki sifat-sifat yang biasanya tidak ditemukan di alam, adalah bahwa zat tersebut tidak ditentukan oleh sifat-sifat materi yang mendasarinya, melainkan oleh struktur yang baru dirancang. Bahan-bahan tersebut tidak hanya dapat mengendalikan gelombang elektromagnetik, tetapi juga menyesuaikan suara dan bahkan gelombang seismik. Hal ini memungkinkan kita untuk akhirnya melihat sekilas situasi baru teknologi masa depan.
Metamaterial baru ini terbuat dari berbagai bahan, seperti logam dan plastik, yang disusun pada skala yang lebih kecil dari panjang gelombang yang dipengaruhinya. Melalui bentuk, geometri, dan susunan yang tepat, metamaterial dapat memblokir, menyerap, meningkatkan, atau membelokkan gelombang.
Kemungkinan penerapan metamaterial ini cukup luas, mulai dari peralatan olahraga hingga peralatan medis dan bahkan aplikasi penerbangan jarak jauh terkait. Metamaterial telah menunjukkan potensi yang besar. Misalnya, metamaterial dapat digunakan untuk merancang metalen, yang kemampuan pencitraannya melampaui batas difraksi lensa tradisional, sehingga meningkatkan kerapatan data optik.
Dengan merancang struktur yang tepat, metamaterial ini bahkan dapat menunjukkan efek "tidak terlihat" pada panjang gelombang yang berbeda. Demonstrasi material eksponensial bertingkat adalah contoh yang memberi umat manusia potensi yang lebih signifikan untuk mewujudkan fantasi fiksi ilmiah tentang "jubah tidak terlihat". Selain gelombang elektromagnetik, metamaterial juga telah menjadi bidang penelitian yang populer dalam studi akustik dan gelombang seismik.
Eksplorasi historis metamaterial
Konsep metamaterial tidak muncul dalam waktu dekat. Konsep ini dapat ditelusuri kembali ke akhir abad ke-19. Saat itu, Jagadish Chandra Bose telah mulai mengeksplorasi zat-zat dengan sifat kiral. Pada awal abad ke-20, Karl Ferdinand Lindman juga mempelajari efek spiral logam pada gelombang. Kemudian, pada tahun 1940-an, Winston E. Kock dari AT&T Bell Laboratories mengembangkan material dengan sifat metamaterial yang serupa.
Pada tahun 1967, Victor Veselago pertama kali secara teoritis mendeskripsikan material refraktif negatif dan menunjukkan bahwa material tersebut dapat mentransmisikan cahaya. Hingga tahun 1995, John M. Guerra berhasil membuat kisi transparan subpanjang gelombang selebar 50 nanometer, yang membuka jalan bagi terwujudnya metalens.
Ruang lingkup aplikasi metamaterial
Dengan semakin mendalamnya penelitian tentang metamaterial, kemungkinan untuk aplikasi ilmiah dan teknologi dari material ini menjadi tidak terbatas. Dari sensor ultrasonik yang lebih baik dalam perangkat pengujian medis hingga komunikasi medan perang frekuensi tinggi, metamaterial terus mengubah kehidupan kita. Demikian pula, material ini memiliki aplikasi yang menjanjikan dalam bidang suryamanajemen energi, teknologi laser, dan konstruksi tahan gempa.
Agar pembaca dapat lebih memahami konsep-konsep ini, para peneliti membagi metamaterial menjadi beberapa cabang utama: metamaterial gelombang elektromagnetik/cahaya, metamaterial gelombang lainnya, dan metamaterial difusi.
Karakteristik metamaterial elektromagnetik
Perilaku metamaterial elektromagnetik dipengaruhi oleh struktur mikro material, yang lebih kecil dari panjang gelombang yang terpengaruh. Sifat-sifat yang tidak biasa dari metamaterial ini disebabkan oleh reaksi resonansi setiap komponen, bukan susunan spasialnya. Resonansi tersebut menyebabkan parameter efektif gelombang elektromagnetik (seperti konstanta dielektrik dan permeabilitas magnetik) berubah, itulah sebabnya metamaterial dapat menunjukkan keunikannya dalam berbagai aplikasi.
Secara khusus, metamaterial dengan indeks bias negatif disebut metamaterial indeks negatif (NIM), yang dicirikan dengan memiliki konstanta dielektrik negatif dan permeabilitas magnetik negatif. Konfigurasi ini memungkinkan material ini menunjukkan keunggulan dalam mengendalikan arah perambatan gelombang elektromagnetik dan meningkatkan kemampuan pencitraan.
Tantangan dan prospek masa depan
Meskipun metamaterial memiliki berbagai macam skenario aplikasi, manufaktur dan praktiknya masih menghadapi banyak tantangan. Bagaimana mengatasi keterbatasan teknis komunitas material saat ini dan merancang metamaterial dengan kinerja yang stabil dan biaya produksi yang rendah masih menjadi tugas penting bagi ilmuwan material saat ini. Namun, seiring kemajuan penelitian, metamaterial akan membawa lebih banyak inovasi ilmiah dan teknologi yang tak terduga, sehingga mendorong perkembangan masyarakat.
Dalam cetak biru teknologi masa depan, bagaimana metamaterial akan mengubah pemahaman kita tentang materi?
