Retorika 4 – Metamaterial, Metasurface dan Harry Potter Cloak (Bag. 1)

Metamaterial didefinisikan sebagai material buatan yang memiliki sifat khusus yang tidak tersedia di alam (Wikipedia). Material ini tersusun dari struktur geometris dari bahan mikroskopis yang dibuat dan direkayasa sedemikian rupa sehingga sifat dari material sesuai dengan yang diinginkan. Sifat yang dimaksud disini berkaitan dengan sifat permitivitas dan permeabilitas. Apa itu permitivitas dan permeabilitas? Permitivitas (ε, epsilon) adalah sifat material yang dipengaruhi oleh medan listrik. Nilai dari permitivitas ini menunjukkan kemampuan bahan tersebut untuk terpolarisasi sebagai respons dari medan listrik yang mempengaruhi. Sedangkan permeabilitas (μ, mu) adalah sifat material yang dipengaruhi oleh  medan magnet. Nilai permeabilitas ini menunjukkan kemampuan sebuah material untuk menunjang terbentuknya medan magnet.

Pada umumnya, metameterial ini dikenal dengan sebutan Left-Handed-Material (LHM) atau Negative-Index-Material (NIM) atau juga Double-Negative Material (DNG). Karakteristik dari material ini adalah nilai indeks bias, permitivitas dan permeabiltas yang negatif. Untuk lebih jelasnya, gambar dibawah ini menunjukkan pembagian material berdasarkan nilai permitivitas dan permeabilitasnya,

1. Epsilon Negative (ENG) Material
Jika sebuah material memiliki permitivitas negatif dan permebilitas positif  (ε < 0, μ > 0) maka disebut sebagai  Epsilon Negative (ENG) Material. Pada frekuensi tertentu, beberapa material plasma memiliki karakteristik ini.

2. Double Positive (DPS) Material
Material ini memiliki permitivitas dan permeabilitas lebih dari nol (ε > 0, μ > 0). Karakteristik ini merupakan karakteristik umum yang tersedia di alam. Material ini disebut juga Right-Handed Material (RHM). Contoh dari material ini adalah bahan dieletrik dan material lain yang banyak ditemukan di alam.

3. Double Negative (DNG) Material
Double Negative (DNG) Material  adalah material yang memiliki permitivitas dan permeabilitas negatif (ε
< 0, μ < 0). Biasa disebut juga Left-Handed Material (LHM), Negative Index Material (NIM) atau Metamaterial. Material kelompok ini tidak dapat ditemukan di alam namun dapat dibuat secara artifisial.

4. Mu Negative (MNG) Material
Mu Negative (MNG) Material adalah material yang memiliki permitivitas positif dan permeabilitas negatif (ε > 0, μ < 0). Pada rentang frekuensi tertentu, beberapa bahan  gyro tropic memiliki karakteristik seperti ini.

Matematerial ini banyak dimanfaatkan dalam berbagai bidang khususnya bidang perekayasaan gelombang elektromagnetika seperti untuk pembuatan patch antenna, resonator gelombang, pemandu gelombang dan lain sebagainya.

Selain dimanfaatkan untuk perekayasaan gelombang elektromagnetik, Materials Today pada artikel terbarunya yang berjudul ‘New Metamaterials Sound Amazing’, memberitakan bahwa peneliti dari University of Sussex dan University of Bristol, UK membuktikan bahwa metamaterial dapat dimanfaatkan untuk gelombang suara. Penelitian ini diprediksikan akan berpotensi mengubah teknologi pencitraan medis dan personal audio. “In the future I think there will be many exciting applications of this technology,” komentar Bruce Drinkwater, Profesor bidang ultrasonik di  University of Bristol.

Bahkan, sebuah tim peneliti di the University of Colorado Boulder (CU-Boulder), Amerika telah menciptakan metamaterial yang berfungsi sebagai pendingin tanpa memerlukan energi/tenaga masukan lain. Berbahan dari microspheres, polimer dan silver, metamaterial ini menggunakan pendinginan radiasi pasif (Radiative Colling) untuk mendisipasi panas dari object yang ditutupinya. Salah satu kelebihan pendinginan ini ialah dapat bekerja terus menerus 24/7 (24 jam sehari, 7 hari seminggu) tanpa memerlukan tenaga apapun sehingga sangat potensial untuk dimanfaatkan untuk berbagai aplikasi seperti di industri pembangkitan energi, penerbangan, pertanian dan sebagainya.

Dan masih banyak lagi penelitian terbaru tentang pengembangan dan pemanfaatan metamaterial ini seperti pengembangan untuk beam-steering, transformasi gelombang frekuensi terahertz and infra-red  dan masih banyak yang lainnya.  Menarik bukan? <Keilmiahan-PPIJK>

Referensi:

1. Metamaterial – Wikipedia [https://en.wikipedia.org/wiki/ Metamaterial]
2. Bilotti, Filiberto, and Levent Sevgi. “Metamaterials: Definitions, properties, applications, and FDTD‐based modeling and simulation.” International Journal of RF and Microwave Computer‐Aided Engineering 22.4 (2012): 422-438.
3. Cui, Tie Jun, David R. Smith, and R. P. Liu. Metamaterials. Vol. 3. New York (NY): Springer, 2014.
4. New metamaterials sound amazing– Materials Today [http://www.materialstoday.com/ surface-science/news/new-metamaterials-sound-amazing/]
5. New metamaterial enhances natural cooling without power input – PhysicsWorld [http://physicsworld.com/cws/ article/news/2017/feb/13/new-metamaterial-enhances-natural-cooling-without-power-input]
6. New Metamaterials Lead The Way For Beam-Steering Technologies – In Compliance [http://incompliancemag.com/new-metamaterials-lead-the-way-for-beam-steering-technologies/]
7. New metamaterial could dramatically improve imaging, sensing and communication applications – Next Big Future [http://www.nextbigfuture.com/ 2016/10/new-metamaterial-could-dramatically.html]

Retorika Edisi Sebelumnya:
Retorika – 1 Material Fantastis (Link Online | Link PDF)
Retorika – 2 Tahun 2017, Ingin Kembali ke Masa Lalu? (Link Online | Link PDF)
Retorika – 3 Balada Stem Cell (Link Online | Link PDF)