Un nuevo paquete de software desarrollado por investigadores de la Universidad Macquarie puede modelar con precisión cómo las ondas (sonido, agua o luz) se dispersan cuando se encuentran con conjuntos complejos de partículas.
Esto mejorará enormemente la capacidad de diseñar rápidamente metamateriales: interesantes materiales artificiales utilizados para amplificar, detener o desviar ondas.
Los resultados, publicados en la revista Actas de la Royal Society A El 19 de junio de 2024, demostró el uso de TMATSOLVER, una herramienta multipolar que modela la interacción entre ondas y partículas de diversas formas y propiedades.
El software TMATSOLVER hace que sea muy fácil simular disposiciones de varios cientos de dispersores, incluso cuando tienen formas complejas.
El autor principal, el Dr. Stuart Hawkins, del Departamento de Matemáticas y Estadística de la Universidad Macquarie, dice que el software utiliza una matriz de transición (matriz T), una cuadrícula de números que describe completamente cómo un objeto particular transmite ondas.
“La matriz t se ha utilizado desde la década de 1960, pero hemos dado un gran paso adelante en el cálculo preciso de la matriz t para partículas mucho más grandes que la longitud de onda y para formas complejas”, dice el Dr. Hawkins.
“Utilizando TMATSOLVER, hemos podido modelar configuraciones de partículas que antes no se podían abordar”.
El Dr. Hawkins trabajó con otros matemáticos de la Universidad de Adelaida, así como con la Universidad de Manchester y el Imperial College de Londres, ambos en el Reino Unido, y con la Universidad de Augsburgo y la Universidad de Bonn en Alemania.
“Trabajar en este proyecto e incorporar el software TMATSOLVER en mi investigación sobre metamateriales ha sido fantástico”, afirma el Dr. Luke Bennetts, investigador de la Universidad de Adelaida y coautor del artículo.
“Esto significó que pude evitar el cuello de botella que supone desarrollar cálculos numéricos para probar teorías de metamateriales y me permitió generalizar fácilmente mis casos de prueba a geometrías mucho más complejas”.
Aplicaciones en metamateriales
Los investigadores demostraron las capacidades del software a través de cuatro problemas de ejemplo en el diseño de materiales. Estos problemas incluían partículas anisotrópicas, partículas cuadradas de alto contraste y estructuras periódicas sintonizables (JvE1) que ralentizan las ondas.
Los metamateriales están diseñados para tener propiedades únicas que no se encuentran en la naturaleza, lo que les permite interactuar con ondas electromagnéticas, sonoras u otras ondas controlando el tamaño, la forma y la configuración de sus estructuras a nanoescala.
Los ejemplos incluyen superlentes para ver objetos a escala molecular. Revestimiento de invisibilidad, que refracta toda la luz visible. y perfecta absorción de ondas para captación de energía o reducción de ruido.
Los hallazgos de esta investigación y desarrollo de la herramienta TMATSOLVER tendrán una amplia aplicación para acelerar la investigación y el desarrollo en el creciente mercado global de metamateriales que pueden diseñarse para un control preciso de las ondas.
“Hemos demostrado que nuestro software puede calcular matrices T para una gama muy amplia de partículas, utilizando las técnicas más apropiadas para el tipo de partícula”, dice el Dr. Hawkins.
“Esto permitirá la creación rápida de prototipos y la validación de nuevos diseños de metamateriales”.
La profesora Lucy Marshall, decana ejecutiva de la Facultad de Ciencias e Ingeniería de la Universidad Macquarie, afirma que el software puede acelerar nuevos desarrollos.
Prof. En ingeniería puede haber avances”, afirma el profesor.
