Apa itu Metamaterial?

Metamaterial didefinisikan sebagai material buatan yang memiliki sifat khusus yang tidak tersedia di alam[1]. Material ini tersusun dari struktur geometris berukuran mikroskopis yang dibuat dan direkayasa sedemikian rupa sehingga memiliki sifat sesuai yang diinginkan. Sifat yang dimaksud disini berkaitan dengan sifat permitivitas dan permeabilitas. Apa itu permitivitas dan permeabilitas? Permitivitas (\varepsilon) adalah sifat material yang dipengaruhi oleh medan listrik. Nilai dari permitivitas menunjukkan kemampuan material tersebut untuk terpolarisasi sebagai respons terhadap medan listrik yang memengaruhinya. Sedangkan permeabilitas (\mu) adalah sifat material yang dipengaruhi oleh  medan magnet. Nilai permeabilitas menunjukkan kemampuan sebuah material untuk menunjang terbentuknya medan magnet.

Pada umumnya, metamaterial juga dikenal dengan sebutan Left-Handed-Material (LHM)Negative-Index-Material (NIM), atau juga Double-Negative Material (DNG). Karakteristik spesifik 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,

Gambar 1. Pembagian material berdasarkan permitivitas dan permeabilitasnya. Metamaterial berada di bagian kiri bawah dengan permitivitas dan permeabilitas negatif

1. Epsilon Negative (ENG) Material
Jika sebuah material memiliki permitivitas negatif dan permebilitas positif  (\varepsilon< 0, \mu > 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 positif (\varepsilon> 0, \mu > 0). Karakteristik ini merupakan karakteristik umum yang tersedia di alam. Material ini disebut juga Right-Handed Material (RHM). Contoh dari material ini adalah material dieletrik (isolator) 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 (\varepsilon< 0, \mu < 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 (\varepsilon > 0, \mu < 0). Pada rentang frekuensi tertentu, beberapa material gyrotropic memiliki karakteristik seperti ini. Material gyrotropic (gyromagnetic) adalah material yang dapat memutar polarisasi cahaya yang datang padanya.

Matematerial banyak dimanfaatkan dalam berbagai bidang khususnya bidang perekayasaan gelombang elektromagnetik seperti untuk pembuatan patch antenna (antena yang menempel pada substrat isolator), resonator gelombang dan pemandu gelombang.

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 di Inggris membuktikan bahwa metamaterial dapat dimanfaatkan untuk pengolahan gelombang suara [4]. Penelitian ini diprediksikan akan berpotensi mengubah teknologi pencitraan medis dan personal audio. “di masa depan, saya pikir, akan ada banyak penerapan yang menarik dari teknologi ini,” komentar Bruce Drinkwater, Profesor bidang ultrasonik di  University of Bristol.

Sebuah tim peneliti di the University of Colorado Boulder di Amerika Serikat telah menciptakan metamaterial yang berfungsi sebagai pendingin tanpa memerlukan energi masukan lain. Berbahan dari polimer polymethylpentene, bola-bola mikro yang terbuat dari gelas (SiO_2),  dan lapisan tipis perak, metamaterial ini menggunakan pendinginan radiasi pasif untuk mendisipasi panas dari objek yang ditutupinya. Salah satu kelebihan pendinginan ini ialah dapat bekerja terus menerus tanpa memerlukan tenaga apapun sehingga sangat potensial untuk dimanfaatkan di berbagai aplikasi seperti di industri pembangkitan energi, penerbangan, pertanian dan sebagainya[5].

Masih banyak lagi penelitian terbaru tentang pengembangan dan pemanfaatan metamaterial ini seperti pengembangan beam-steering (pengendali arah gelombangdan transformasi gelombang pada frekuensi terahertz (10^{12} Hz) and inframerah.

Referensi

  1. Metamaterial – Wikipedia [https://en.wikipedia.org/wiki/ Metamaterial]
  2. F. Bilotti and L. Sevgi. "Metamaterials: Definitions, properties, applications, and FDTD‐based modeling and simulation." International Journal of RF and Microwave Computer‐Aided Engineering 22, no. 4 (2012): 422-438.
  3. T. J. Cui, D. 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]

Artikel ini ditulis dan diilustrasikan ulang oleh penulis yang sama dari artikel yang telah diterbitkan di Retorika PPIJK  di sini

Budiman Putra

Budiman Putra

Menyelesaikan Sarjana di Teknik Fisika, ITS (2009) dan Master di Kumamoto University, Jepang (2018). Sejak 2015 aktif di Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi, LIPI.

You may also like...

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

CAPTCHA Image

*