Optical characterisation of metamaterials

Questo progetto di tesi ha, come obiettivo principale, la realizzazione di un apparato sperimentale in grado di fornire la caratterizzazione ottica di metamateriali. Inoltre, il progetto include il design e l’analisi di differenti fishnet structures fabbricate all’interno del Danchip presso la Technical University of Denmark e la caratterizzazione di woodpile structures, realizzate dal Laser Zentrum Hannover e.V.

I metamateriali sono materiali artificiali dotati di particolari proprietà come un indice di rifrazione negativo, che può portare a svariate applicazioni come la realizzazione di superlenti, o effetti di cloaking.

Per ottenere un indice di rifrazione negativo, è necessario che la permittività dielettrica e la permeabilità magnetica di un mezzo siano simultaneamente negative, come riportato da Veselago nel 1968. Una permittività dielettrica negativa è relativamente semplice da ottenere dato che è una caratteristica di tutti i metalli al di sotto della loro frequenza di plasma.

D’altra parte, la permeabilità magnetica negativa è più difficile da realizzare perché la mancanza di cariche magnetiche e la debole interazione tra la parte magnetica della radiazione e la materia, rendono possibile osservarla solo in un certo intervallo di frequenze. Combinando sottili fili e barrette metallici in una struttura a tre strati, Metallo/Dielettrico/Metallo, è possibile costituire la cosiddetta fishnet structure, per la quale sono state dimostrate speciali proprietà sia nell’ambito dei metamateriali, sia in quello della plasmonica.

Recentemente, molto interesse è stato indirizzato verso i metamateriali in tre dimensioni: la realizzazione pratica delle applicazioni sopracitate necessita strutture 3D, possibilmente isotropiche. Le woodpile structures, rappresentano un’intuitiva estensione in tre dimensioni delle fishnet structures e il loro studio è importante sia nel campo dei metamateriali sia tra i materiali che presentano bandgap elettromagnetici.

Una teoria completa ed esaustiva circa i metamateriali non esiste ancora, quindi, la costruzione di un apparato sperimentale per la loro caratterizzazione ottica è il primo passo fondamentale per l’analisi e lo studio delle loro proprietà.