coloquio
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Introducción Los metamateriales son materiales artificiales hechos de inclusiones periódicas de materiales convencionales (metales y dieléctricos) con sus propiedades electromagnéticas controlables (o bien acústicas u ópticas). Sus propiedades pueden ser controladas adecuadamente, por su ingeniería o por la estructura que tenga dicho material. Objetivos 1. Diseño y desarrollo de sensores y/o arreglos de sensores para controlar la emisión de radiación en cuanto a intensidad, direccionalidad y recepción. 2. Se establecen las características requeridas en cuanto a la permeabilidad magnética (μ) y permitividad eléctrica (ԑ) para configuraciones donde sea prioritaria la direccionalidad y detección de la radiación. 3. Modelado computacional para caracterizar el desempeño en las diferentes configuraciones realizadas, optimización de los sistemas en cada configuración y selección de la más eficiente. Ventajas Propiedades de un metamaterial Modelo Simulaciones y Resultados Otros Modelos Conclusión Bibliografía • Son llamados materiales LH (Left Handed) debido a sus características negativas. o Permitividad y permeabilidad son negativos. o Índice de refracción negativo. Fig. 1.- (izq.) Esquema 3D e (der) imagen microscópica de la primer rejilla fabricada. ENG RHM LHM NIM MNG μ ԑ Fig. 2.- Materiales dieléctricos según el signo de sus propiedades. Fig. 3.- Índice de refracción del metamaterial. • El Resonador de Anillo Ranurado (Split Ring Resonator) presenta una permeabilidad magnética negativa y al estar agrupado periódicamente con elementos similares forman un metamaterial de propiedades electromagnéticas inusuales . • Este tipo de estructura es viable para la miniaturización de dispositivos. Plano de tierra Dieléctrico SRR Fig. 4.- Diagrama de un Resonador de Anillo Ranurado Aplicaciones Fig. 5.- a) Simulación de un Resonador de Anillo Ranurado con guía de onda. b) Señal reflejada y Señal transmitida. c) Frecuencias de resonancia a) b) El uso resonadores de anillo ranurado, como estructura básica de metamateriales, nos permiten obtener las frecuencias de resonancia deseadas obteniendo una razón de señal a ruido óptima; del mismo modo se busca que no ocurra pérdida de información. Fig. 7.- Antenas para teléfonos móviles. Fig. 8.- Biosensor de microondas. Los metamateriales prometen no solo mejorar las prestaciones de un gran numero de dispositivos y sistemas en los campos de la electrónica y de la optrónica, sino introducir cambios verdaderamente revolucionarios en un gran numero de sectores relacionados con dichas tecnologías. • J. M. González-Arbesu, E. Úbeda, J. Romeu; “Metamateriales en Microondas y Antenas”; Cataluña, diciembre 2003 • Víctor Hugo Morales Trujillo, “Metamateriales: Introducción a sus propiedades y aplicaciones”, Universidad de San Carlos de Guatemala, septiembre 2009, pp. 2 • Monografías del Sistema de Observación y Prospectiva Tecnológica; “Los Metamateriales y sus Aplicaciones en Defensa”; NIPO: 075-11-024-3 (edición en línea); España, marzo 2011. • Tao Chen, Suyan Li, Hui Sun; “Metamaterials Application in Sensing”; Sensors 2012, ISSN 1424- 8220; 29 february 2012. Aumento en la sensibilidad para la obtención de mejores resultados. Sensibilidad Se obtiene una resolución mayor en la fabricación de lentes planas. Índice de Refracción Negativo Reducción en el tamaño de dispositivos. Miniaturización c) Se pueden emplear distintas formas y tamaños de SRR de acuerdo a su finalidad. Fig. 6.- Diseños de SRR bajo estudio. PRIMER COLOQUIO DEL POSGRADO EN INGENIERIA ELECTRICA Ing. María G. Lugo | Dra. Norma P. Puente | Dr. Gustavo Rodríguez FIME-UANL [email protected]; [email protected]; [email protected] SENSORES CON METAMATERIALES
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Introducción
Los metamateriales son materiales
artificiales hechos de inclusiones
periódicas de materiales convencionales
(metales y dieléctricos) con sus
propiedades electromagnéticas
controlables (o bien acústicas u ópticas).
Sus propiedades pueden ser controladas
adecuadamente, por su ingeniería o por la
estructura que tenga dicho material.
Objetivos
1. Diseño y desarrollo de sensores y/o arreglos
de sensores para controlar la emisión de
radiación en cuanto a intensidad,
direccionalidad y recepción.
2. Se establecen las características requeridas
en cuanto a la permeabilidad magnética (µ) y
permitividad eléctrica (ԑ) para configuraciones
donde sea prioritaria la direccionalidad y
detección de la radiación.
3. Modelado computacional para caracterizar el
desempeño en las diferentes configuraciones
realizadas, optimización de los sistemas en
cada configuración y selección de la más
eficiente.
Ventajas
Propiedades de un metamaterial
Modelo
Simulaciones y Resultados
Otros Modelos
Conclusión
Bibliografía
• Son llamados materiales LH (Left Handed)
debido a sus características negativas.
o Permitividad y permeabilidad son
negativos.
o Índice de refracción negativo.
Fig. 1.- (izq.) Esquema 3D e (der) imagen microscópica de la primer rejilla fabricada.
ENG RHM
LHM NIM
MNG
µ
ԑ
Fig. 2.- Materiales dieléctricos según el signo de sus propiedades.
Fig. 3.- Índice de refracción del metamaterial.
• El Resonador de Anillo Ranurado (Split
Ring Resonator) presenta una
permeabilidad magnética negativa y al
estar agrupado periódicamente con
elementos similares forman un
metamaterial de propiedades
electromagnéticas inusuales .
• Este tipo de estructura es viable para la
miniaturización de dispositivos.
Plano de tierra
Dieléctrico
SRR
Fig. 4.- Diagrama de un Resonador de Anillo Ranurado
Aplicaciones
Fig. 5.- a) Simulación de un Resonador de Anillo Ranurado con guía de onda. b) Señal reflejada y Señal transmitida. c) Frecuencias de resonancia
a)
b)
El uso resonadores de anillo ranurado, como
estructura básica de metamateriales, nos
permiten obtener las frecuencias de
resonancia deseadas obteniendo una razón
de señal a ruido óptima; del mismo modo se
busca que no ocurra pérdida de información.
Fig. 7.- Antenas para teléfonos móviles.
Fig. 8.- Biosensor de microondas.
Los metamateriales prometen no solo
mejorar las prestaciones de un gran numero
de dispositivos y sistemas en los campos de
la electrónica y de la optrónica, sino introducir
cambios verdaderamente revolucionarios en
un gran numero de sectores relacionados
con dichas tecnologías.
• J. M. González-Arbesu, E. Úbeda, J. Romeu; “Metamateriales en Microondas y Antenas”; Cataluña, diciembre 2003
• Víctor Hugo Morales Trujillo, “Metamateriales: Introducción a sus propiedades y aplicaciones”, Universidad de San Carlos de Guatemala, septiembre 2009, pp. 2
• Monografías del Sistema de Observación y Prospectiva Tecnológica; “Los Metamateriales y sus Aplicaciones en Defensa”; NIPO: 075-11-024-3 (edición en línea); España, marzo 2011.
• Tao Chen, Suyan Li, Hui Sun; “Metamaterials Application in Sensing”; Sensors 2012, ISSN 1424-8220; 29 february 2012.
Aumento en la sensibilidad
para la obtención de
mejores resultados.
Sensibilidad
Se obtiene una resolución
mayor en la fabricación de lentes planas.
Índice de Refracción Negativo
Reducción en el tamaño de dispositivos.
Miniaturización
c)
Se pueden emplear distintas formas y
tamaños de SRR de acuerdo a su finalidad.
Fig. 6.- Diseños de SRR bajo estudio.
PRIMER COLOQUIO DEL POSGRADO
EN INGENIERIA ELECTRICA
Ing. María G. Lugo | Dra. Norma P. Puente | Dr. Gustavo Rodríguez
FIME-UANL [email protected]; [email protected]; [email protected]
SENSORES CON METAMATERIALES
