रोगांची लक्षणे 

मेटामटेरिअल्स. प्रकार आणि डिव्हाइस


χ e (\displaystyle \chi _(e))आणि सुरुवातीच्या सामग्रीची चुंबकीय χ संवेदनाक्षमता. अगदी ढोबळ अंदाजानुसार, अशा रोपणांना अत्यंत मोठ्या आकाराचे अणू मानले जाऊ शकतात जे कृत्रिमरित्या स्त्रोत सामग्रीमध्ये सादर केले जातात. मेटामटेरियल्सच्या विकासकाला, त्यांचे संश्लेषण करताना, विविध विनामूल्य पॅरामीटर्स (संरचनांचे आकार, आकार, त्यांच्या दरम्यान स्थिर आणि परिवर्तनीय कालावधी इ.) निवडण्याची (बदलू) संधी असते.

गुणधर्म

"डाव्या हाताने" अपवर्तक निर्देशांक असलेल्या मेटामटेरियलमधून प्रकाशाचा मार्ग.

मेटामटेरियल्सच्या संभाव्य गुणधर्मांपैकी एक म्हणजे नकारात्मक (किंवा डाव्या हाताने) अपवर्तक निर्देशांक, जेव्हा परवानगी आणि चुंबकीय पारगम्यता एकाच वेळी नकारात्मक असतात तेव्हा दिसून येते.

प्रभाव मूलभूत

समस्थानिक माध्यमात विद्युत चुंबकीय लहरींच्या प्रसाराचे समीकरण खालीलप्रमाणे आहे:

k 2 − (ω / c) 2 n 2 = 0 , (\displaystyle k^(2)-(\omega /c)^(2)n^(2)=0,) (1)

कुठे k (\ displaystyle k)- वेव्ह वेक्टर, ω (\displaystyle \omega )- लहरी वारंवारता, c (\displaystyle c)- प्रकाशाचा वेग, n 2 = ϵ μ (\displaystyle n^(2)=\epsilon \mu )- अपवर्तक निर्देशांकाचा वर्ग. या समीकरणांवरून हे स्पष्ट आहे की डायलेक्ट्रिक आणि चुंबकीय चिन्हांचे एकाचवेळी बदल μ (\डिस्प्लेस्टाइल \mu )माध्यमाची पारगम्यता या संबंधांवर कोणत्याही प्रकारे परिणाम करणार नाही.

"उजवे" आणि "डावे" समस्थानिक माध्यम

समीकरण (1) मॅक्सवेलच्या सिद्धांतावर आधारित आहे. डायलेक्ट्रिकसह मीडियासाठी ϵ (\displaystyle \epsilon )आणि चुंबकीय μ (\डिस्प्लेस्टाइल \mu )माध्यमाची संवेदनशीलता एकाच वेळी सकारात्मक असते, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डचे तीन वेक्टर - इलेक्ट्रिक आणि चुंबकीय आणि तरंग एक तथाकथित प्रणाली तयार करतात. उजवे वेक्टर:

[ k → E → ] = (ω / c) μ H → , (\displaystyle \left[(\vec (k))(\vec (E))\right]=(\omega /c)\mu (\ vec (H)),) [ k → H → ] = − (ω / c) ϵ E → . (\displaystyle \left[(\vec (k))(\vec (H))\right]=-(\omega /c)\epsilon (\vec (E)).)

अशा वातावरणांना त्यानुसार “उजवे” असे म्हणतात.

पर्यावरण जे ϵ (\displaystyle \epsilon ), μ (\डिस्प्लेस्टाइल \mu )- त्याच वेळी नकारात्मक, "डावीकडे" म्हणतात. अशा माध्यमांमध्ये, विद्युत E → (\displaystyle (\vec (E))), चुंबकीय H → (\displaystyle (\vec (H)))आणि वेव्ह वेक्टर k → (\displaystyle (\vec (k)))डाव्या वेक्टरची प्रणाली तयार करा.

इंग्रजी भाषेतील साहित्यात, वर्णित सामग्रीला उजवीकडे आणि डाव्या हाताची सामग्री म्हटले जाऊ शकते किंवा अनुक्रमे RHM (उजवीकडे) आणि LHM (डावीकडे) असे संक्षेपात म्हटले जाऊ शकते.

उजव्या आणि डाव्या लहरींद्वारे उर्जेचे हस्तांतरण

तरंगाद्वारे वाहून नेणारा ऊर्जेचा प्रवाह पॉइंटिंग वेक्टरद्वारे निर्धारित केला जातो, जो समान असतो S → = (c / 4 π) [ E → H → ] (\displaystyle (\vec (S))=(c/4\pi)\left[(\vec (E))(\vec (H)) \योग्य]). वेक्टर S → (\displaystyle (\vec (S)))नेहमी वेक्टरसह तयार होतात E → (\displaystyle (\vec (E))), H → (\displaystyle (\vec (H)))बरोबर तीन. अशा प्रकारे, उजव्या हाताच्या पदार्थांसाठी S → (\displaystyle (\vec (S)))आणि k → (\displaystyle (\vec (k)))एका दिशेने निर्देशित, आणि डावीकडे - वेगवेगळ्या दिशेने. सदिश पासून k → (\displaystyle (\vec (k)))फेज वेगाच्या दिशेने एकरूप होतो, हे स्पष्ट आहे की डाव्या हाताचे पदार्थ तथाकथित नकारात्मक फेज वेग असलेले पदार्थ आहेत. दुसऱ्या शब्दांत, डाव्या हाताच्या पदार्थांमध्ये फेज वेग ऊर्जा प्रवाहाच्या विरुद्ध असतो. अशा पदार्थांमध्ये, उदाहरणार्थ, उलट डॉपलर प्रभाव आणि मागच्या लाटा दिसून येतात.

डावा मध्यम फैलाव

एखाद्या माध्यमाच्या नकारात्मक निर्देशकाचे अस्तित्व शक्य आहे जर त्याचे वारंवारता फैलाव असेल. जर त्याच वेळी ϵ < 0 {\displaystyle \epsilon <0} , μ < 0 {\displaystyle \mu <0} , नंतर लहरी ऊर्जा W = ϵ E 2 + μ H 2 (\displaystyle W=\epsilon E^(2)+\mu H^(2))नकारात्मक असेल(!). हा विरोधाभास टाळण्याचा एकमेव मार्ग म्हणजे जर माध्यमात वारंवारता फैलाव असेल ∂ ϵ / ∂ ω (\displaystyle \partial \epsilon /\partial \omega )आणि ∂ μ / ∂ ω (\displaystyle \partial \mu /\partial \omega ).

डाव्या हाताच्या माध्यमात लहरींच्या प्रसाराची उदाहरणे

प्रथम प्रायोगिकरित्या प्रदर्शित केलेल्या नकारात्मक निर्देशांक सुपरलेन्सचे रिझोल्यूशन विवर्तन मर्यादेपेक्षा तीन पट चांगले होते. हा प्रयोग मायक्रोवेव्ह फ्रिक्वेन्सीवर करण्यात आला. सुपरलेन्स 2005 मध्ये ऑप्टिकल रेंजमध्ये लागू करण्यात आली. हे एक भिंग होते ज्याने नकारात्मक अपवर्तन वापरले नाही, परंतु अस्पष्ट लाटा वाढवण्यासाठी चांदीचा पातळ थर वापरला.

सुपरलेन्स तंत्रज्ञानातील अलीकडील प्रगतीचे CE&N मध्ये पुनरावलोकन केले आहे. सुपरलेन्स तयार करण्यासाठी, सब्सट्रेटवर जमा केलेले चांदी आणि मॅग्नेशियम फ्लोराईडचे वैकल्पिक स्तर वापरले जातात, ज्यावर नंतर नॅनोग्रेटिंग कापले जाते. परिणाम जवळ-अवरक्त प्रदेशात नकारात्मक अपवर्तक निर्देशांक असलेली त्रिमितीय संमिश्र रचना होती. दुसऱ्या प्रकरणात, सच्छिद्र अॅल्युमिना पृष्ठभागावर इलेक्ट्रोकेमिकली वाढलेल्या नॅनोवायरचा वापर करून मेटामटेरियल तयार केले गेले.

2007 च्या सुरूवातीस, दृश्यमान प्रदेशात नकारात्मक अपवर्तक निर्देशांकासह मेटामटेरियल तयार करण्याची घोषणा केली गेली. सामग्रीचा −0.6 च्या 780 nm तरंगलांबीचा अपवर्तक निर्देशांक होता.

मेटासर्फेस

मेटामटेरियल्सचे द्विमितीय अॅनालॉग म्हणजे मेटासर्फेसेस. मेटासर्फेस प्रकाश नियंत्रित करण्यासाठी विशेषतः योग्य आहेत कारण त्यांचे मोठ्या प्रमाणात मेटामटेरियलपेक्षा कमी नुकसान होते आणि ते तयार करणे सोपे आहे.

अर्ज

त्रिमितीय वस्तू लपविण्यास सक्षम असलेल्या दृश्यमान प्रदेशात नकारात्मक अपवर्तक निर्देशांकासह मेटामटेरियल तयार करण्याची घोषणा करण्यात आली. मटेरियलमध्ये सोन्याचा सब्सट्रेट, गोल्ड नॅनोअँटेना आणि मॅग्नेशियम फ्लोराइड असते. सैन्यासाठी क्लृप्ती स्मार्ट कपडे तयार करण्यासाठी मेटामटेरियलचा वापर पर्यायी पध्दतींपेक्षा अधिक आशादायक आहे.

मेटामटेरियल्समध्ये नकारात्मक अपवर्तक निर्देशांक असतो या वस्तुस्थितीमुळे, ते छद्म वस्तूंसाठी आदर्श आहेत, कारण ते रेडिओ रीकॉनिसन्सद्वारे शोधले जाऊ शकत नाहीत. तथापि, विद्यमान मेटामटेरिअल्समध्ये केवळ पहिल्या अंदाजापर्यंत नकारात्मक अपवर्तक निर्देशांक असतो, ज्यामुळे लक्षणीय दुय्यम पुन: उत्सर्जन होते.

रेडिओ अभियांत्रिकी अनुप्रयोगांमध्ये आणि विशेषतः अँटेना तंत्रज्ञानामध्ये मेटामटेरियलच्या वापरामध्ये स्वारस्य लक्षणीयरित्या वाढत आहे. त्यांच्या अनुप्रयोगाची मुख्य क्षेत्रे: ब्रॉडबँड साध्य करण्यासाठी आणि अँटेना घटकांचा आकार कमी करण्यासाठी मुद्रित अँटेनामध्ये सब्सट्रेट्स आणि एमिटरचे उत्पादन; मूलभूत चू मर्यादेपेक्षा जास्त असलेल्या विस्तृत फ्रिक्वेंसी बँडमध्ये इलेक्ट्रिकली लहान अँटेनाच्या प्रतिक्रियाशीलतेसाठी भरपाई; मेटामीडियममध्ये बुडलेल्या प्राथमिक उत्सर्जकांचे अरुंद अवकाशीय अभिमुखता प्राप्त करणे; पृष्ठभाग लहरी अँटेनाचे उत्पादन; एमआयएमओ उपकरणांसह अँटेना अॅरेच्या घटकांमधील परस्पर प्रभाव कमी करणे; हॉर्न आणि इतर प्रकारच्या अँटेनाचे समन्वय.

कथा

या दिशेने पहिले काम 19 व्या शतकातील आहे. 1898 मध्ये, जगदीस चंद्र बोस यांनी तयार केलेल्या वक्र संरचनांच्या ध्रुवीकरण गुणधर्मांचा अभ्यास करण्यासाठी पहिला मायक्रोवेव्ह प्रयोग केला. 1914 मध्ये, लिंडमॅनने कृत्रिम माध्यमांवर काम केले, ज्यामध्ये अनेक यादृच्छिकपणे केंद्रित लहान तारांचा समावेश होता, सर्पिलमध्ये वळवले गेले आणि त्यांना स्थिर करणार्‍या माध्यमात एम्बेड केले गेले. 1946-1948 मध्ये विन्स्टन ई. कॉक हे कंडक्टिंग स्फेअर्स, डिस्क्स आणि ठराविक काळाने मांडलेल्या मेटल स्ट्रिप्सचा वापर करून मायक्रोवेव्ह लेन्स तयार करणारे पहिले होते, ज्याने मूलत: विशिष्ट प्रभावी अपवर्तक निर्देशांकासह एक कृत्रिम माध्यम तयार केले. अंकाच्या इतिहासाचे तपशीलवार वर्णन व्ही. एम. अग्रनोविच आणि यू. एन. गार्टस्टीन यांच्या कामात तसेच वदिम स्ल्युसरच्या प्रकाशनांमध्ये आढळू शकते. बर्‍याच प्रकरणांमध्ये, नकारात्मक अपवर्तक निर्देशांकासह सामग्रीच्या समस्येचा इतिहास 1967 मध्ये उसपेखी फिझिचेस्किख नौक जर्नलमध्ये प्रकाशित सोव्हिएत भौतिकशास्त्रज्ञ व्हिक्टर वेसेलागोच्या कार्याच्या उल्लेखाने सुरू होतो. लेखात नकारात्मक अपवर्तक निर्देशांक असलेल्या सामग्रीच्या शक्यतेवर चर्चा केली होती, ज्याला "डाव्या हाताने" म्हटले जाते. लेखक या निष्कर्षापर्यंत पोहोचले की अशा सामग्रीमुळे लहरी प्रसाराच्या जवळजवळ सर्व ज्ञात ऑप्टिकल घटना लक्षणीय बदलतात, जरी त्या वेळी नकारात्मक अपवर्तक निर्देशांक असलेली सामग्री अद्याप ज्ञात नव्हती. येथे, तथापि, हे लक्षात घेतले पाहिजे की प्रत्यक्षात अशा "डाव्या हाताच्या" वातावरणाची चर्चा शिवुखिनच्या कामात आणि पॅफोमोव्हच्या लेखांमध्ये खूप पूर्वी केली गेली होती.

अलिकडच्या वर्षांत, नकारात्मक अपवर्तक निर्देशांकाशी संबंधित घटनांमध्ये गहन संशोधन झाले आहे. या अभ्यासाच्या तीव्रतेचे कारण म्हणजे मेटामटेरियल्स नावाच्या विशेष संरचनेसह कृत्रिमरित्या सुधारित सामग्रीच्या नवीन वर्गाचा उदय होता. मेटामटेरियल्सचे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक गुणधर्म त्यांच्या अंतर्गत संरचनेच्या घटकांद्वारे निर्धारित केले जातात, सूक्ष्म स्तरावर दिलेल्या नमुन्यानुसार ठेवलेले असतात. म्हणून, या सामग्रीचे गुणधर्म बदलले जाऊ शकतात जेणेकरून त्यांच्याकडे नकारात्मक अपवर्तक निर्देशांकासह इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वैशिष्ट्यांची विस्तृत श्रेणी असेल.

नोट्स

  1. एंगेटा, नादेर (इंग्रजी)रशियन; झिओल्कोव्स्की, रिचर्ड डब्ल्यू.मेटामटेरिअल्स: भौतिकशास्त्र आणि अभियांत्रिकी अन्वेषण. - जॉन विली अँड सन्स अँड, 2006. - पी. xv, 3–30, 37, 143–150, 215–234, 240–256. - 440 पी. - ISBN 978-0-471-76102-0.
  2. डेव्हिड आर. स्मिथ (इंग्रजी)रशियन. मेटामटेरिअल्स(इंग्रजी). मेटा ग्रुप. ड्यूक विद्यापीठ. 22 ऑगस्ट 2015 रोजी प्राप्त.
  3. स्ल्युसर, वदिम.अँटेना तंत्रज्ञानातील मेटामटेरिअल्स: इतिहास आणि मूलभूत तत्त्वे // इलेक्ट्रॉनिक्स: विज्ञान, तंत्रज्ञान, व्यवसाय. - 2009. - क्रमांक 7. - पृष्ठ 70-79.
  4. स्ल्युसर, वदिम.अँटेना तंत्रज्ञानातील मेटामटेरिअल्स: मूलभूत तत्त्वे आणि परिणाम // फर्स्ट माईल. लास्ट माईल ("इलेक्ट्रॉनिक्स: सायन्स, टेक्नॉलॉजी, बिझनेस" या मासिकाला पुरवणी). - 2010. - क्रमांक 3-4. - पृष्ठ 44-60.
  5. पोस्ट सायन्स इल्डर गॅबिटोव्हमार्च 29, 2017 Metamaterials
  6. ऑर्लोव्ह ए.ए., यांकोव्स्काया ई.ए., बेलोव पी.ए., झुकोव्स्की एस. व्ही.परावर्तन आणि प्रेषण गुणांक // माहिती तंत्रज्ञान, यांत्रिकी आणि ऑप्टिक्सचे वैज्ञानिक आणि तांत्रिक बुलेटिनमधून प्लाझमोनिक मल्टीलेयरचे भौतिक मापदंड काढणे. -

मेटामटेरिअल्स हे विशेष संमिश्र साहित्य आहेत जे त्यांच्यामध्ये समाविष्ट केलेल्या घटकांच्या कृत्रिम बदलाद्वारे प्राप्त केले जातात. नॅनोस्केलवर रचना बदलली जाते, ज्यामुळे अणूचे आकार, आकार आणि जाळीचा कालावधी तसेच सामग्रीचे इतर पॅरामीटर्स बदलणे शक्य होते. संरचनेच्या कृत्रिम परिवर्तनाबद्दल धन्यवाद, सुधारित ऑब्जेक्ट पूर्णपणे नवीन गुणधर्म प्राप्त करते जे नैसर्गिक उत्पत्तीच्या सामग्रीमध्ये नसते.

वरील परिवर्तनाबद्दल धन्यवाद, चुंबकीय, डायलेक्ट्रिक पारगम्यता तसेच निवडलेल्या ऑब्जेक्टचे इतर भौतिक निर्देशक सुधारित केले जातात. परिणामी, रूपांतरित सामग्री अद्वितीय ऑप्टिकल, रेडिओफिजिकल, इलेक्ट्रिकल आणि इतर गुणधर्म प्राप्त करतात, ज्यामुळे वैज्ञानिक प्रगतीच्या विकासासाठी व्यापक संभावना उघडतात. या दिशेने कार्य केल्याने पूर्णपणे नवीन उपकरणे आणि आविष्कारांचा उदय होऊ शकतो जो कल्पनाशक्तीला चकित करेल. हे अदृश्य कपडे, सुपर लेन्स आणि बरेच काही आहेत.

प्रकार

मेटामटेरियल्सचे सामान्यतः त्यांच्या अपवर्तनाच्या डिग्रीनुसार वर्गीकरण केले जाते:
  • एक-आयामी. त्यांच्यामध्ये, अपवर्तनाची डिग्री सतत अंतराळातील एकाच दिशेने बदलते. अशी सामग्री समांतर व्यवस्था केलेल्या घटकांच्या थरांपासून बनलेली असते आणि अपवर्तनाची भिन्न डिग्री असते. ते केवळ स्पेसच्या एकाच दिशेने अद्वितीय गुणधर्म प्रदर्शित करण्यास सक्षम आहेत, जे निर्दिष्ट स्तरांवर लंब आहे.
  • 2D. त्यांच्यामध्ये, स्पेसच्या केवळ 2 दिशांमध्ये अपवर्तनाची डिग्री सतत बदलते. अशी सामग्री बहुतेक प्रकरणांमध्ये अपवर्तन m1 असलेल्या आयताकृती संरचनांनी बनलेली असते आणि अपवर्तन m2 असलेल्या माध्यमात असते. त्याच वेळी, अपवर्तन m1 असलेले घटक क्यूबिक बेससह द्विमितीय जाळीमध्ये स्थित आहेत. परिणामी, अशी सामग्री जागाच्या 2 दिशांमध्ये त्यांचे गुणधर्म प्रदर्शित करण्यास सक्षम आहेत. परंतु सामग्रीची द्विमितीयता केवळ आयतापुरती मर्यादित नाही; ती वर्तुळ, लंबवर्तुळ किंवा इतर अनियंत्रित आकार वापरून तयार केली जाऊ शकते.
  • 3D. त्यांच्यामध्ये, स्पेसच्या 3 दिशांमध्ये अपवर्तनाची डिग्री सतत बदलते. अशी सामग्री पारंपारिकपणे त्रि-आयामी जाळीमध्ये स्थित असलेल्या व्हॉल्यूमेट्रिक अर्थाने (लंबवर्तुळ, घन इ.) क्षेत्रांच्या अॅरे म्हणून दर्शविली जाऊ शकते.
मेटामटेरियल देखील विभागले गेले आहेत:
  • कंडक्टर. ते अर्धकण लक्षणीय अंतरावर हलवतात, परंतु लहान नुकसानासह.
  • डायलेक्ट्रिक्स . आरसे जवळजवळ परिपूर्ण स्थितीत आहेत.
  • सेमीकंडक्टर . हे असे घटक आहेत जे, उदाहरणार्थ, केवळ एका विशिष्ट तरंगलांबीचे अर्धकण प्रतिबिंबित करू शकतात.
  • सुपरकंडक्टर . या सामग्रीमध्ये, अर्धकण जवळजवळ अमर्यादित अंतर प्रवास करू शकतात.
याव्यतिरिक्त, साहित्य आहे:
  • अनुनाद नसलेला.
  • रेझोनंट.

रेझोनंट मटेरियल आणि नॉन-रेझोनंट घटकांमधील फरक असा आहे की त्यांच्याकडे फक्त एका विशिष्ट रेझोनन्स फ्रिक्वेंसीवर डायलेक्ट्रिक स्थिरता असते.

विविध विद्युत गुणधर्मांसह मेटामटेरियल तयार केले जाऊ शकतात. म्हणून, ते त्यांच्या सापेक्ष पारगम्यतेनुसार विभागले गेले आहेत:
  • DNG, म्हणजे, दुहेरी नकारात्मक - पारगम्यता नकारात्मक आहेत.
  • डीपीएस, म्हणजे, दुहेरी सकारात्मक - पारगम्यता सकारात्मक आहेत.
  • हाय-झेड, म्हणजे, उच्च प्रतिबाधा पृष्ठभाग.
  • SNG, म्हणजे, एकल नकारात्मक - मिश्र प्रकारची सामग्री.
  • DZR, म्हणजे, दुहेरी शून्य - सामग्रीची पारगम्यता शून्य समान आहे.

डिव्हाइस

मेटामटेरियल्स असे पदार्थ आहेत ज्यांचे गुणधर्म लोकांद्वारे सादर केलेल्या सूक्ष्म रचनेद्वारे प्रदान केले जातात. नैसर्गिक उत्पत्तीच्या दिलेल्या घटकामध्ये विविध भौमितिक आकारांसह नियतकालिक रचनांचा समावेश करून, मूळ संरचनेची चुंबकीय आणि डायलेक्ट्रिक संवेदनशीलता बदलून ते संश्लेषित केले जातात.

पारंपारिकपणे, अशा समावेशांना कृत्रिम अणू मानले जाऊ शकते जे आकाराने बरेच मोठे आहेत. संश्लेषणादरम्यान, सामग्रीच्या निर्मात्यास त्याला विविध पॅरामीटर्स देण्याची संधी असते, जे संरचनांचे आकार आणि आकार, कालावधी परिवर्तनशीलता आणि यासारख्या गोष्टींवर आधारित असतात. याबद्दल धन्यवाद, आश्चर्यकारक गुणधर्म असलेली सामग्री मिळवणे शक्य आहे.

सर्वात प्रसिद्ध अशा घटकांपैकी एक म्हणजे फोटोनिक क्रिस्टल्स. त्यांची खासियत एक, दोन आणि तीन दिशांमध्ये अंतराळातील अपवर्तनाच्या डिग्रीमध्ये नियतकालिक बदलाद्वारे प्रकट होते. या पॅरामीटर्सबद्दल धन्यवाद, सामग्रीमध्ये झोन असू शकतात जे फोटॉन ऊर्जा प्राप्त करू शकतात किंवा करू शकत नाहीत.

परिणामी, विशिष्ट ऊर्जा (आवश्यक वारंवारता आणि तरंगलांबीचा) असलेला फोटॉन जो निर्दिष्ट क्रिस्टलच्या झोनशी सुसंगत नाही तो निर्दिष्ट पदार्थावर सोडला गेला तर तो उलट दिशेने परावर्तित होतो. अनुमत झोनच्या पॅरामीटर्सशी सुसंगत पॅरामीटर्ससह फोटॉन क्रिस्टलला आदळल्यास, ते त्याच्या बाजूने फिरते. दुसर्‍या प्रकारे, क्रिस्टल ऑप्टिकल फिल्टर घटक म्हणून कार्य करते. म्हणूनच या क्रिस्टल्समध्ये आश्चर्यकारकपणे समृद्ध आणि चमकदार रंग आहेत.

ऑपरेटिंग तत्त्व

कृत्रिमरित्या तयार केलेल्या सामग्रीचे मुख्य वैशिष्ट्य म्हणजे त्यांच्या संरचनेची नियतकालिकता. असू शकते 1D, 2Dकिंवा 3Dरचना खरं तर, त्यांच्याकडे खूप भिन्न संरचना असू शकतात. उदाहरणार्थ, ते डायलेक्ट्रिक घटक म्हणून व्यवस्थित केले जाऊ शकतात, ज्या दरम्यान ओपन वायर रिंग असतील. या प्रकरणात, रिंग गोल ते चौरस विकृत केले जाऊ शकतात.

कोणत्याही वारंवारतेवर विद्युत गुणधर्म राखले जातील याची खात्री करण्यासाठी, रिंग बंद संरचित आहेत. याव्यतिरिक्त, पदार्थातील रिंग अनेकदा यादृच्छिकपणे व्यवस्थित केल्या जातात. नवीन पदार्थाच्या अद्वितीय पॅरामीटर्सची प्राप्ती त्याच्या वारंवारतेच्या अनुनादात, तसेच बाहेरून इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वेव्हच्या प्रभावी वारंवारतेवर होते.

अर्ज

ज्या ठिकाणी इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनचा वापर केला जातो अशा सर्व क्षेत्रांमध्ये मेटामटेरिअल्सचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जात आहे आणि सुरू राहील. हे औषध, विज्ञान, उद्योग, अवकाश उपकरणे आणि बरेच काही आहेत. आज, मोठ्या प्रमाणात इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक सामग्री तयार केली जात आहे जी आधीच वापरली जात आहे.

  • रेडिओफिजिक्स आणि खगोलशास्त्रात, विशेष कोटिंग्स वापरली जातात जी दुर्बिणी किंवा सेन्सर्सचे संरक्षण करण्यासाठी उत्कृष्टपणे वापरली जातात जी लांब-लहरी रेडिएशन वापरतात.
  • ऑप्टिक्समध्ये, विवर्तन अपवर्तन देखील विस्तृत अनुप्रयोग शोधते. उदाहरणार्थ, एक सुपरलेन्स आधीच तयार केले गेले आहे, जे आम्हाला मानक ऑप्टिक्सच्या रिझोल्यूशनच्या विवर्तन मर्यादेची समस्या सोडविण्यास अनुमती देते. परिणामी, लेन्सच्या पहिल्या प्रायोगिक नमुन्याने अभूतपूर्व कामगिरी दर्शविली; त्याचे रिझोल्यूशन विद्यमान विवर्तन मर्यादेपेक्षा 3 पट जास्त होते.

  • मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक्समध्ये, मेटामटेरियल्स एक वास्तविक क्रांती घडवू शकतात जी पृथ्वीवरील जवळजवळ प्रत्येक व्यक्तीचे जीवन बदलू शकते. यामुळे मोबाइल फोनसाठी लहान आणि आश्चर्यकारकपणे कार्यक्षम उपकरणे आणि अँटेना आकाराच्या ऑर्डरचा उदय होऊ शकतो. नवीन सामग्रीबद्दल धन्यवाद, डेटा स्टोरेजची घनता विस्तृत करणे शक्य होईल, याचा अर्थ डिस्क आणि इतर अनेक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे दिसून येतील जी लक्षणीय प्रमाणात मेमरी ठेवण्यास सक्षम असतील;
  • आश्चर्यकारकपणे शक्तिशाली लेसर तयार करणे. सुधारित संरचनेसह सामग्री वापरल्याबद्दल धन्यवाद, शक्तिशाली लेसर आधीच दिसू लागले आहेत, जे कमी उर्जेचा वापर करून, शक्तिशाली आणि विनाशकारी प्रकाश नाडीचा क्रम तयार करतात. परिणामी, लेसर शस्त्रे दिसू शकतात ज्यामुळे दहापट किलोमीटर अंतरावर असलेल्या बॅलिस्टिक क्षेपणास्त्रे खाली पाडणे शक्य होईल.

औद्योगिक लेझर केवळ अनेक दहा मिलीमीटरच्या जाडीसह धातूचे साहित्यच नाही तर त्यापेक्षा मोठ्या आकाराच्या वस्तू देखील कुशलतेने कापण्यास सक्षम असतील.

नवीन लेसर प्रणालींबद्दल धन्यवाद, नवीन औद्योगिक 3D प्रिंटर दिसून येतील जे मेटल उत्पादने द्रुतपणे आणि उच्च गुणवत्तेसह मुद्रित करण्यास सक्षम असतील. त्यांच्या गुणवत्तेच्या बाबतीत, ते विशिष्ट धातूकाम पद्धती वापरून उत्पादित केलेल्या उत्पादनांपेक्षा व्यावहारिकदृष्ट्या निकृष्ट नसतील. उदाहरणार्थ, तो एक गियर किंवा इतर जटिल भाग असू शकतो, ज्याचे उत्पादन सामान्य परिस्थितीत खूप वेळ आणि मेहनत घेईल.

  • नवीन अँटी-रिफ्लेक्टीव्ह सामग्रीची निर्मिती. त्यांची निर्मिती आणि वापर केल्याबद्दल धन्यवाद, लढाऊ विमाने, बॉम्बर, जहाजे, पाणबुड्या, टाक्या, रोबोटिक सिस्टीम, यार्स आणि सरमत सारख्या मोबाइल इंस्टॉलेशन्स तयार करणे शक्य होईल, जे शत्रू सेन्सर्स आणि रडारला दिसणार नाहीत. सहाव्या आणि सातव्या पिढीतील लढाऊ विमानांमध्ये तत्सम तंत्रज्ञान आधीच वापरले जाऊ शकते.

टेराहर्ट्झ वारंवारता श्रेणीतील उपकरणांसाठी "अदृश्यता" सुनिश्चित करणे आजपासूनच शक्य आहे. भविष्यात, मानवी डोळ्यांना "दृश्यमान" यासह संपूर्ण वारंवारता श्रेणीमध्ये अदृश्य असणारे तंत्रज्ञान तयार करणे शक्य होईल. असाच एक उपाय म्हणजे अदृश्यतेचा झगा. याक्षणी, अदृश्यता झगा आधीच लहान वस्तू लपवू शकतो, परंतु त्यात काही त्रुटी आहेत.

  • भिंतींमधून पाहण्याची क्षमता. नवीन कृत्रिम सामग्रीचा वापर आपल्याला भिंतींमधून पाहण्याची परवानगी देणारी उपकरणे तयार करणे शक्य करेल. आधीच आज, उपकरणे तयार केली जात आहेत जी टेराहर्ट्झ श्रेणीतील रेडिएशनला मजबूत चुंबकीय प्रतिसाद दर्शवतात.
  • ब्लफ वॉल किंवा लष्करी उपकरणांच्या अस्तित्वात नसलेल्या “प्रत” तयार करणे. मेटामटेरियल्स आपल्याला एखाद्या वस्तूच्या अस्तित्वाचा भ्रम निर्माण करण्यास परवानगी देतात जिथे ती अस्तित्वात नाही. उदाहरणार्थ, शत्रूच्या क्षेपणास्त्र संरक्षण प्रणालीला फसवण्यासाठी रशियन सैन्याकडून अशाच तंत्रज्ञानाचा वापर आधीच अस्तित्वात नसलेली क्षेपणास्त्रे तयार करण्यासाठी केला जात आहे जे वास्तविक क्षेपणास्त्रांच्या पुढे "उडतात".

मॉस्को,26 सप्टें - आरआयए नोवोस्ती, ओल्गा कोलेंतसोवा.कधीकधी आधुनिक तंत्रज्ञानाची उपलब्धी जादूसाठी चुकीची असू शकते. केवळ जादूऐवजी, अचूक विज्ञान कार्य करते. संशोधनाच्या क्षेत्रांपैकी एक, ज्याचे परिणाम "परीकथा गुणधर्म" च्या गुणधर्मांचे उदाहरण म्हणून काम करू शकतात, मेटामटेरियल्सचा विकास आणि निर्मिती आहे.

गणितज्ञांनी मेटामटेरियलला "लाइट कॉम्प्युटर" मध्ये बदलण्याचा मार्ग शोधला आहे.गणितज्ञांनी शोधून काढले आहे की मेटामटेरिअल्सचे गुणधर्म सिद्धांततः बदलले जाऊ शकतात जेणेकरून अशा संयुगांच्या अनेक वेगवेगळ्या तुकड्यांचा संग्रह प्रकाशाच्या एकाच किरणांवर जटिल गणिती क्रिया करू शकतो.

पूर्णपणे भौतिक दृष्टीकोनातून, मेटामटेरियल्स कृत्रिमरित्या तयार केलेल्या आणि विशेषतः तयार केलेल्या संरचना आहेत ज्यात इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक किंवा ऑप्टिकल गुणधर्म निसर्गात अप्राप्य आहेत. नंतरचे घटक त्यांच्या घटक पदार्थांच्या वैशिष्ट्यांद्वारे, म्हणजे संरचनेद्वारे देखील निर्धारित केले जात नाहीत. शेवटी, घरे जी आहेत दिसायला एकसारखे समान सामग्रीपासून बनवले जाऊ शकते, परंतु एक वेगळा ध्वनीरोधक असेल आणि दुसर्‍यामध्ये तुम्हाला उलट अपार्टमेंटमधून तुमच्या शेजाऱ्याचा श्वासही ऐकू येईल. रहस्य काय आहे? प्रदान केलेल्या निधीचे व्यवस्थापन करण्यासाठी केवळ बिल्डरच्या क्षमतेनुसार.


याक्षणी, साहित्य शास्त्रज्ञांनी आधीच अनेक रचना तयार केल्या आहेत ज्यांचे गुणधर्म निसर्गात आढळत नाहीत, जरी ते भौतिक नियमांच्या सीमांच्या पलीकडे जात नाहीत. उदाहरणार्थ, तयार केलेल्या मेटामटेरिअल्सपैकी एक ध्वनी लहरींना इतक्या तेजस्वीपणे नियंत्रित करू शकते की ते हवेत एक लहान चेंडू धरतात. यात थर्माप्लास्टिक रॉडने भरलेल्या विटा वापरून एकत्र केलेल्या दोन जाळी असतात, ज्या "साप" पॅटर्नमध्ये घातल्या जातात. लेन्समधील प्रकाशाप्रमाणे ध्वनी लहरींवर लक्ष केंद्रित केले जाते आणि संशोधकांचा असा विश्वास आहे की हे उपकरण त्यांना ध्वनीचे नियंत्रण त्याच्या दिशा बदलण्याच्या क्षमतेपर्यंत विकसित करण्यास अनुमती देईल, कारण ते आता प्रकाशिकी वापरून प्रकाश बीमचा मार्ग बदलतात.

© RIA Novosti द्वारे चित्रण. A. पॉलिनिना


© RIA Novosti द्वारे चित्रण. A. पॉलिनिना

दुसरा मेटामटेरियल स्वतःची पुनर्रचना करू शकतो. वस्तू हातांच्या मदतीशिवाय त्यातून एकत्र केली जाते, कारण आकारात बदल प्रोग्राम केला जाऊ शकतो! अशा "स्मार्ट" सामग्रीच्या संरचनेत चौकोनी तुकडे असतात, ज्याची प्रत्येक भिंत पॉलिथिलीन टेरेफ्थालेटच्या दोन बाह्य स्तरांनी बनलेली असते आणि दुहेरी बाजू असलेला चिकट टेपचा एक आतील थर. हे डिझाइन आपल्याला ऑब्जेक्टचा आकार, व्हॉल्यूम आणि अगदी कडकपणा बदलण्याची परवानगी देते.

परंतु सर्वात आश्चर्यकारक गुणधर्म ऑप्टिकल मेटामटेरियल्सचे आहेत, जे वास्तविकतेची दृश्य धारणा बदलू शकतात. मानवी डोळा पाहू शकणार्‍या तरंगलांबीच्या श्रेणीमध्ये ते "कार्य" करतात. अशा सामग्रीपासूनच शास्त्रज्ञांनी एक फॅब्रिक तयार केले आहे ज्यातून अदृश्य झगा बनविला जाऊ शकतो.

खरे आहे, आतापर्यंत केवळ एक सूक्ष्म-ऑब्जेक्ट ऑप्टिकल श्रेणीमध्ये अदृश्य केला जाऊ शकतो.

नकारात्मक अपवर्तक कोन असलेली सामग्री तयार करण्याची शक्यता 1967 मध्ये सोव्हिएत भौतिकशास्त्रज्ञ व्हिक्टर वेसेलागो यांनी वर्तवली होती, परंतु आता अशा गुणधर्मांसह वास्तविक संरचनांची पहिली उदाहरणे दिसत आहेत. नकारात्मक अपवर्तक कोनामुळे, प्रकाशाची किरणे एखाद्या वस्तूभोवती वाकतात, ज्यामुळे ती अदृश्य होते. अशाप्रकारे, "अद्भुत" झगा घातलेल्या व्यक्तीच्या पाठीमागे काय घडत आहे हे निरीक्षक केवळ लक्षात घेतो.

© फोटो: झियांग झांग ग्रुप, बर्कले लॅब/यूसी बर्कले


© फोटो: झियांग झांग ग्रुप, बर्कले लॅब/यूसी बर्कले

ऑप्टिकल मेटामटेरियल्सच्या निर्मितीमध्ये नवीनतम उपलब्धी NUST MISIS मधील रशियन शास्त्रज्ञांची आहे. शिवाय, सर्वात सामान्य "घटक" वापरले गेले - हवा, काच आणि पाणी. वैज्ञानिकांचे कार्य सायंटिफिक रिपोर्ट्स या जगातील सर्वोच्च-रेट असलेल्या जर्नल्समध्ये प्रकाशित झाले. प्रकाशन गृहनिसर्ग. ", अशा प्रत्येक नमुन्याची किंमत हजारो युरो असू शकते," अॅलेक्सी बाशरिन, सुपरकंडक्टिंग मेटामटेरियल्सच्या NUST MISIS प्रयोगशाळेतील संशोधक, तांत्रिक विज्ञानाचे उमेदवार. — या व्यतिरिक्त, अशी प्रणाली तयार करताना त्रुटीची संभाव्यता अगदी उच्च-सुस्पष्टता साधनांचा वापर करून देखील खूप जास्त आहे. तथापि, जर तुम्ही मोठ्या प्रमाणात सामग्री तयार केली ज्यामध्ये ऑप्टिकल (400-700 एनएम) नाही, परंतु रेडिओ लाटा (7-8 सेमी लांब), प्रक्रियेचे भौतिकशास्त्र हे स्केलिंग बदलणार नाही, परंतु ते तयार करण्याचे तंत्रज्ञान सोपे होईल."

तयार केलेल्या स्ट्रक्चर्सच्या गुणधर्मांचा अभ्यास करून, कामाच्या लेखकांनी दर्शविले की या प्रकारच्या पदार्थात अनेक व्यावहारिक अनुप्रयोग आहेत. सर्व प्रथम, हे जटिल रेणूंचे सेन्सर आहेत, कारण नंतरचे, मेटामटेरियलच्या क्षेत्रात प्रवेश करताना, सुरू होते. चमक अशा प्रकारे, अगदी एकल रेणू देखील निर्धारित केले जाऊ शकतात, ज्याचा संभाव्य विकासावर महत्त्वपूर्ण प्रभाव पडू शकतो, उदाहरणार्थ, फॉरेन्सिक विज्ञान. याव्यतिरिक्त, अशा मेटामटेरियलचा वापर प्रकाश फिल्टर म्हणून केला जाऊ शकतो, विशिष्ट लांबीचा प्रकाश घटना विकिरणांपासून वेगळे करतो. हे अल्ट्रा-विश्वसनीय चुंबकीय मेमरी तयार करण्यासाठी आधार म्हणून देखील लागू आहे, कारण मेटामटेरियल पेशींची रचना त्यांना प्रतिबंधित करते. चुंबकीकरण एकमेकांवर उलटणे आणि त्याद्वारे माहिती गमावणे.

व्हिक्टर जॉर्जिविच वेसेलागो

जवळजवळ 40 वर्षांपूर्वी, सोव्हिएत शास्त्रज्ञ व्हिक्टर वेसेलागो यांनी नकारात्मक अपवर्तक निर्देशांकासह सामग्रीच्या अस्तित्वाची कल्पना केली:

मेटामटेरिअल्स हे संमिश्र साहित्य आहेत ज्यांचे गुणधर्म त्यांच्या घटकांच्या वैयक्तिक भौतिक गुणधर्मांनुसार त्यांच्या सूक्ष्म संरचनाद्वारे निर्धारित केले जात नाहीत. "मेटामटेरिअल्स" हा शब्द विशेषत: त्या संमिश्रांच्या संबंधात वापरला जातो जे निसर्गात आढळणाऱ्या वस्तूंचे वैशिष्ट्य नसलेले गुणधर्म प्रदर्शित करतात. .

लहरी समीकरण

एकसंध तटस्थ नॉन-वाहक माध्यमासाठी मॅक्सवेलच्या समीकरणांवरून असे दिसून येते की इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लाटा इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डमध्ये फेज वेगासह प्रसारित होऊ शकतात.

व्हॅक्यूममध्ये हा वेग प्रकाशाच्या वेगाइतका असतो

तर प्रसाराचा टप्पा वेग उम. पदार्थातील लहरी माध्यमाच्या चुंबकीय आणि डायलेक्ट्रिक स्थिरांकाने निर्धारित केल्या जातात.

व्हॅक्यूममधील प्रकाशाच्या गतीचे गुणोत्तर|करणे| माध्यमात प्रकाशाचा वेग - nज्याला माध्यमाचा निरपेक्ष अपवर्तक निर्देशांक म्हणतात

व्हिक्टर वेसेलागो यांनी खालील गृहीतक मांडले:

“जर आपण नुकसान विचारात घेतले नाही आणि n, ε आणि μ या वास्तविक संख्या मानल्या, तर हे स्पष्ट आहे की ε आणि μ च्या चिन्हे एकाच वेळी बदलल्याने गुणोत्तरावर कोणत्याही प्रकारे परिणाम होत नाही. ही परिस्थिती विविध प्रकारे स्पष्ट केली जाऊ शकते. प्रथम, आपण हे मान्य करू शकतो की पदार्थांचे गुणधर्म खरोखरच ε आणि μ च्या चिन्हांच्या एकाच वेळी बदलण्यावर अवलंबून नाहीत. दुसरे म्हणजे, असे होऊ शकते की ε आणि μ ची एकाचवेळी नकारात्मकता निसर्गाच्या कोणत्याही मूलभूत नियमांचा विरोध करते आणि म्हणून ε सह पदार्थ< 0 и μ < 0 не могут существовать. Наконец, следует признать, что вещества с отрицательными ε и μ обладают какими-то свойствами, отличными от свойств веществ с положительными ε и μ. Как мы увидим в дальнейшем, осуществляется именно этот третий случай.»

"उजवे" आणि "डावे" समस्थानिक माध्यम

एका समतल इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वेव्हचा प्रसार x अक्षाच्या दिशेने एकसंध तटस्थ नॉन-कंडक्टिंग माध्यमात होऊ द्या, ज्याचा तरंगाचा पुढचा भाग प्रसाराच्या दिशेला लंब असतो.

वेक्टर आणि लहरी प्रसाराच्या दिशेने उजव्या हाताची प्रणाली तयार करतात; अवकाशातील एका निश्चित बिंदूवर, ते एका टप्प्यात हार्मोनिक नियमानुसार कालांतराने बदलतात.

अशा वातावरणांना त्यानुसार “उजवे” असे म्हणतात.

ज्या वातावरणात ε आणि μ दोन्ही ऋण आहेत त्यांना "डावा हात" म्हणतात.

अशा माध्यमांमध्ये, विद्युत, चुंबकीय आणि वेव्ह वेक्टर डाव्या हाताच्या वेक्टरची एक प्रणाली तयार करतात.

खरंच, आपण आपल्या हाताने पेंडुलम ढकलल्यास, ते आज्ञाधारकपणे पुशच्या दिशेने फिरेल आणि तथाकथित रेझोनंट फ्रिक्वेंसीसह दोलन सुरू होईल. स्विंगसह पेंडुलमला वेळेत ढकलून, आपण दोलनांचे मोठेपणा वाढवू शकता. जर तुम्ही त्याला जास्त वारंवारतेने ढकलले, तर धक्के यापुढे टप्प्यातील दोलनांशी एकरूप होणार नाहीत आणि काही क्षणी हाताला लोलक त्याच्या दिशेने आदळला जाईल. त्याचप्रमाणे, नकारात्मक अपवर्तक निर्देशांक असलेल्या सामग्रीमधील इलेक्ट्रॉन टप्प्याच्या बाहेर जातात आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डच्या "पुश" ला प्रतिकार करण्यास सुरवात करतात.

अशा प्रकारे, 1968 मध्ये, Veselago ने दाखवले की ऋण ε आणि μ असलेल्या पदार्थाचा अपवर्तक निर्देशांक n 0 पेक्षा कमी असावा.

प्रायोगिक पुष्टीकरण.

एखाद्या पदार्थातील इलेक्ट्रॉन्स विद्युत क्षेत्राच्या प्रभावाखाली आणि चुंबकीय क्षेत्राच्या प्रभावाखाली वर्तुळात पुढे-मागे फिरतात. परस्परसंवादाची डिग्री पदार्थाच्या दोन वैशिष्ट्यांद्वारे निर्धारित केली जाते: डायलेक्ट्रिक स्थिर ε आणि चुंबकीय पारगम्यता μ. प्रथम विद्युत क्षेत्रावरील इलेक्ट्रॉनच्या प्रतिक्रियेची डिग्री दर्शविते, दुसरे - चुंबकीय क्षेत्रावरील प्रतिक्रियेची डिग्री. बहुसंख्य सामग्रीमध्ये ε आणि μ शून्यापेक्षा जास्त असतात.

जेव्हा एखाद्या पदार्थातील इलेक्ट्रॉन विद्युत आणि चुंबकीय क्षेत्रांनी निर्माण केलेल्या शक्तींच्या विरुद्ध दिशेने जातात तेव्हा ऋण ε किंवा μ उद्भवतात. जरी हे वर्तन विरोधाभासी वाटत असले तरी, इलेक्ट्रॉनला विद्युत आणि चुंबकीय क्षेत्रांच्या शक्तींविरूद्ध हालचाल करणे कठीण नाही.

असे पदार्थ कुठे आणि कसे शोधायचे?

नकारात्मक अपवर्तक निर्देशांकासह सामग्री तयार करण्याच्या शक्यतेची पहिली प्रायोगिक पुष्टी 2000 मध्ये सॅन दिएगो (UCSD) येथील कॅलिफोर्निया विद्यापीठात प्राप्त झाली. कारण मेटामटेरियलचे मूलभूत बिल्डिंग ब्लॉक्स तरंगलांबीपेक्षा खूपच लहान असले पाहिजेत, संशोधकांनी सेंटीमीटर-वेव्हलेंथ रेडिएशनसह कार्य केले आणि काही मिलीमीटर आकाराचे घटक वापरले.

या प्रकारच्या नकारात्मक प्रतिक्रियेची गुरुकिल्ली अनुनाद आहे, म्हणजेच विशिष्ट वारंवारतेवर कंपन करण्याची प्रवृत्ती. चुंबकीय किंवा विद्युत क्षेत्राला पदार्थाच्या प्रतिसादाचे अनुकरण करणारे लहान रेझोनंट सर्किट्स वापरून मेटामटेरियलमध्ये हे कृत्रिमरित्या तयार केले जाते. उदाहरणार्थ, तुटलेल्या रिंग रेझोनेटरमध्ये (RRR), धातूच्या रिंगमधून जाणारा चुंबकीय प्रवाह त्यामध्ये वर्तुळाकार प्रवाहांना प्रेरित करतो, काही पदार्थांच्या चुंबकत्वाला कारणीभूत असलेल्या प्रवाहांप्रमाणेच. आणि सरळ धातूच्या रॉडच्या जाळीमध्ये, विद्युत क्षेत्र त्यांच्या बाजूने निर्देशित करंट तयार करते. कंडक्टरच्या आकार आणि आकारानुसार अशा सर्किट्समधील मुक्त इलेक्ट्रॉन रेझोनंट फ्रिक्वेंसीसह दोलन करतात. रेझोनंट फ्रिक्वेंसीपेक्षा कमी वारंवारता असलेले फील्ड लागू केल्यास, सामान्य सकारात्मक प्रतिसाद दिसून येईल. तथापि, जसजशी वारंवारता वाढते तसतसा प्रतिसाद नकारात्मक होतो, जसे की जर पेंडुलम तुमच्या दिशेने सरकत असेल तर जर तुम्ही त्यास प्रतिध्वनीपेक्षा वरच्या वारंवारतेने ढकलले तर. अशाप्रकारे, विशिष्ट वारंवारता श्रेणीतील कंडक्टर विद्युत क्षेत्राला ऋण ε सह माध्यम म्हणून प्रतिसाद देऊ शकतात आणि कटसह रिंग नकारात्मक μ असलेल्या सामग्रीचे अनुकरण करू शकतात. हे कंडक्टर आणि कट असलेले रिंग हे वेसेलागो शोधत असलेल्या मेटामटेरियल्सच्या विस्तृत श्रेणी तयार करण्यासाठी आवश्यक असलेले प्राथमिक ब्लॉक आहेत.

कॅलिफोर्नियातील शास्त्रज्ञांनी प्रिझमच्या रूपात एकत्रित केलेले पर्यायी कंडक्टर आणि आरकेआर असलेले मेटामटेरियल तयार केले आहे. कंडक्टरने ऋण ε प्रदान केले आणि कट असलेल्या रिंगांनी ऋण μ प्रदान केले. परिणाम नकारात्मक अपवर्तक निर्देशांक असावा. तुलनेसाठी, टेफ्लॉनपासून अगदी समान आकाराचा प्रिझम बनविला गेला, ज्यासाठी n = 1.4. संशोधकांनी प्रिझमच्या काठावर मायक्रोवेव्ह रेडिएशनचा एक किरण निर्देशित केला आणि वेगवेगळ्या कोनातून त्यातून बाहेर पडणाऱ्या लहरींची तीव्रता मोजली. अपेक्षेप्रमाणे, किरण टेफ्लॉन प्रिझमद्वारे सकारात्मकपणे अपवर्तित होते आणि मेटामटेरियल प्रिझमद्वारे नकारात्मकपणे अपवर्तित होते.

परिणाम.

भिन्न पैलू असलेल्या दोन माध्यमांमधील इंटरफेसमध्ये अपवर्तन.

सुपरलेन्स.

n सह एक साधी समांतर-समांतर मेटामटेरियल प्लेट<0 может фокусировать лучи от источника на малом расстоянии от неё см. рисунок ниже.

n सह मेटामटेरियल बनलेली प्लेन-समांतर प्लेट<0

योग्य वातावरणात, लेन्सची इमेज स्पेस ऑब्जेक्टशी एकसारखी नसते कारण ती अस्पष्ट लहरींशिवाय तयार होते. डाव्या माध्यमात, इव्हेनेसंट लाटा कमी होत नाहीत; उलट, जेव्हा लाट वस्तूपासून दूर जाते तसतसे त्यांचे मोठेपणा वाढते, त्यामुळे अस्पष्ट लहरींच्या सहभागाने प्रतिमा तयार होते, ज्यामुळे रिझोल्यूशनसह प्रतिमा मिळवणे शक्य होते. विवर्तन मर्यादेपेक्षा चांगले. अशा ऑप्टिकल सिस्टीम तयार करताना, त्यांचा वापर करून मायक्रोस्कोपचे रिझोल्यूशन वाढवणे, नॅनोस्केल मायक्रोक्रिकिट तयार करणे आणि ऑप्टिकल स्टोरेज मीडियावर रेकॉर्डिंग घनता वाढवणे या विवर्तन मर्यादेवर मात करणे शक्य आहे.

नकारात्मक दबाव

n सह माध्यमात प्रसारित होणाऱ्या किरणांचे परावर्तन< 0, от идеально отражающей поверхности. Луч света при отражении от тела увеличивает свой импульс на величину , (N-число падающих фотонов). Световой давление, оказываемое светом на поглощающие правые среды, сменяется его притяжением в левой среде.

बातम्या

2007 च्या सुरूवातीस, दृश्यमान प्रदेशात नकारात्मक अपवर्तक निर्देशांकासह मेटामटेरियल तयार करण्याची घोषणा केली गेली. सामग्रीमध्ये −0.6 च्या बरोबरीच्या 780 nm तरंगलांबीचा अपवर्तक निर्देशांक होता

2011 मध्ये, यूएसएमध्ये तंत्रज्ञानाची चाचणी घेण्यात आली होती, ज्यामुळे मेटामटेरियल्सच्या मोठ्या पत्रके एकत्रितपणे तयार करता येतात असे लेख प्रकाशित करण्यात आले होते.

मुद्रण करून मेटामटेरिअल्स

निष्कर्ष

अनन्य गुणधर्मांसह नवीन मेटामटेरियल्सचा अभ्यास आणि निर्मिती मानवतेला नजीकच्या भविष्यात विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाच्या अनेक क्षेत्रांमध्ये लक्षणीय प्रगती करण्यास अनुमती देईल. यामध्ये खगोलशास्त्रीय संशोधन समाविष्ट आहे जे सुपरलेन्सेसमुळे रिझोल्यूशनच्या विवर्तन मर्यादेवर मात करते; वैकल्पिक ऊर्जा स्रोत - 20% पेक्षा जास्त कार्यक्षमतेसह नवीन सौर पॅनेल दिसून येतील; साहित्य - अदृश्य इ. संशोधनातील दिशानिर्देशांची संख्या मोठी आहे आणि सर्वात महत्त्वाचे म्हणजे ते यशस्वी आहेत.

तर सुपरवाइटल क्रिस्टल्सचे कॅथेड्रल
प्रामाणिक कोळी प्रकाश,
रिब्स उलगडणे, त्यांना पुन्हा
एका बंडलमध्ये गोळा करते.
ओ. मँडेलस्टम

मुलांची समस्या "कोणते जड आहे, एक किलो कापूस लोकर किंवा एक किलोग्राम लोखंडी फाइलिंग?" केवळ मंदबुद्धीच्या प्रथम श्रेणीच्या विद्यार्थ्यांना गोंधळात टाकेल. या विषयावर तर्क करणे अधिक मनोरंजक आहे: "जर आपण बारीक कापसाचे लोकर आणि लोखंडी फायलिंग्ज काळजीपूर्वक मिसळले तर आपल्याला कोणते गुणधर्म मिळतील?" हे अंतर्ज्ञानाने स्पष्ट आहे: या प्रश्नाचे उत्तर देण्यासाठी, आपल्याला लोह आणि कापूस लोकरचे गुणधर्म लक्षात ठेवणे आवश्यक आहे, त्यानंतर आपण आत्मविश्वासाने म्हणू शकता की परिणामी सामग्री बहुधा, उदाहरणार्थ, चुंबक आणि पाण्याच्या उपस्थितीवर प्रतिक्रिया देईल. तथापि, मल्टिफेज मटेरियलचे गुणधर्म नेहमी केवळ ते तयार करणाऱ्या घटकांच्या गुणधर्मांवरून ठरवले जातात का? मला या प्रश्नाचे सकारात्मक उत्तर द्यायचे आहे, कारण विद्युत प्रवाह चालविणारे डायलेक्ट्रिक्स (उदाहरणार्थ, भूसा आणि फोम बॉल्स) यांचे मिश्रण कल्पना करणे कठीण आहे.

"हे फक्त परीकथांमध्ये घडते!" - प्रथम-श्रेणीचा विद्यार्थी स्वत: चे पुनर्वसन करण्याचा प्रयत्न करेल, मुलांच्या परीकथांमधील असंख्य जादूगार आणि चेटकीण लक्षात ठेवून, ज्यांनी सर्व प्रकारचे माशी अॅगारिक्स, बेडूक पाय आणि बॅट पंख यांचे मिश्रण करून, जादूची पावडर प्राप्त केली, ज्याचे जादुई गुणधर्म, काटेकोरपणे सांगायचे तर. , फ्लाय अॅगारिक्स आणि बेडूक पायांचे वैशिष्ट्य नाही. तथापि, आश्चर्याची गोष्ट म्हणजे, आधुनिक विज्ञानाला अगदी सामान्य सामग्रीच्या मिश्रणामुळे अशा वस्तू तयार करणे कसे शक्य होते याची उदाहरणे माहित आहेत ज्यांचे गुणधर्म केवळ वापरलेल्या घटकांमध्येच अंतर्भूत नसतात, परंतु, तत्त्वतः, निसर्गात आढळू शकत नाहीत आणि जसे दिसते. पहिल्या दृष्टीक्षेपात, भौतिकशास्त्राच्या नियमांद्वारे प्रतिबंधित आहेत. "हा एक चमत्कार आहे!" पहिला ग्रेडर म्हणेल. "नाही, हे मेटामटेरियल आहेत!" - आधुनिक शास्त्रज्ञ आक्षेप घेतील. आणि दोन्ही त्यांच्या स्वत: च्या मार्गाने योग्य असतील, कारण शास्त्रीय विज्ञानाच्या दृष्टिकोनातून, मेटामटेरियल्स वास्तविक चमत्कार तयार करण्यास सक्षम आहेत. तथापि, मेटामटेरियल तयार करण्याची प्रक्रिया देखील जादूसारखीच आहे, कारण केवळ मेटामटेरियलचे घटक मिसळणे पुरेसे नाही; ते योग्यरित्या संरचित असले पाहिजेत.

मेटामटेरिअल्स हे संमिश्र साहित्य आहेत ज्यांचे गुणधर्म त्यांच्या घटकांच्या वैयक्तिक भौतिक गुणधर्मांनुसार त्यांच्या सूक्ष्म संरचनाद्वारे निर्धारित केले जात नाहीत. "मेटामटेरिअल्स" हा शब्द विशेषतः अशा संमिश्रांना लागू केला जातो जे निसर्गात आढळणाऱ्या वस्तूंचे वैशिष्ट्य नसलेले गुणधर्म प्रदर्शित करतात.

मेटामटेरियल्सच्या अलीकडे सर्वात चर्चेत असलेल्या प्रकारांपैकी एक म्हणजे नकारात्मक अपवर्तक निर्देशांक असलेल्या वस्तू. शालेय भौतिकशास्त्र अभ्यासक्रमातून हे सर्वज्ञात आहे की माध्यमाचा अपवर्तक निर्देशांक ( n) हे माध्यमात इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनचा फेज वेग किती पट आहे हे दर्शवणारे प्रमाण आहे ( व्हीव्हॅक्यूममधील प्रकाशाच्या वेगापेक्षा कमी ( c): n=c/V. व्हॅक्यूमचा अपवर्तक निर्देशांक 1 च्या बरोबरीचा आहे (जे, खरं तर, व्याख्येनुसार आहे), तर बहुतेक ऑप्टिकल माध्यमांसाठी ते जास्त आहे. उदाहरणार्थ, सामान्य सिलिकेट काचेचा अपवर्तक निर्देशांक 1.5 असतो, याचा अर्थ असा होतो की त्यात प्रकाश व्हॅक्यूमपेक्षा 1.5 पट कमी वेगाने प्रसारित होतो. हे लक्षात घेणे महत्वाचे आहे की इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनच्या तरंगलांबीवर अवलंबून मूल्य nबदलू ​​शकतात.

बहुतेकदा, दोन ऑप्टिकल माध्यमांमधील इंटरफेसवर प्रकाशाच्या अपवर्तनाच्या प्रभावाचा विचार करताना सामग्रीचा अपवर्तक निर्देशांक लक्षात ठेवला जातो. या घटनेचे वर्णन स्नेलच्या कायद्याने केले आहे:

n 1 sinα = n 2 sinβ,

जेथे α हा अपवर्तक निर्देशांक n 1 असलेल्या माध्यमातून येणाऱ्या प्रकाशाच्या घटनांचा कोन आहे आणि β हा अपवर्तक निर्देशांक n 2 असलेल्या माध्यमातील प्रकाशाच्या अपवर्तनाचा कोन आहे.

निसर्गात आढळू शकणार्‍या सर्व माध्यमांसाठी, घटना आणि अपवर्तित प्रकाशाची किरणे अपवर्तनाच्या बिंदूवर माध्यमांमधील इंटरफेसमध्ये पुनर्संचयित केलेल्या सामान्यच्या विरुद्ध बाजूंना असतात (चित्र 1a). तथापि, जर आपण औपचारिकपणे स्नेलच्या कायद्यामध्ये n 2 ची जागा घेतली<0, реализуется ситуация, которая еще до недавнего времени казалась физикам абсурдной: лучи падающего и преломленного света находятся по одну сторону от нормали (Рис.1б).

नकारात्मक अपवर्तक निर्देशांकासह अद्वितीय पदार्थांच्या अस्तित्वाची सैद्धांतिक शक्यता सुमारे 40 वर्षांपूर्वी सोव्हिएत भौतिकशास्त्रज्ञ व्ही. वेसेलागो यांनी दर्शविली होती. वस्तुस्थिती अशी आहे की अपवर्तक निर्देशांक पदार्थाच्या इतर दोन मूलभूत वैशिष्ट्यांशी संबंधित आहे, डायलेक्ट्रिक स्थिर ε आणि चुंबकीय पारगम्यता μ, एका साध्या संबंधाने: n 2 = ε·μ. हे समीकरण n च्या सकारात्मक आणि नकारात्मक दोन्ही मूल्यांनी समाधानी आहे हे असूनही, शास्त्रज्ञांनी बर्याच काळापासून नंतरच्या भौतिक अर्थावर विश्वास ठेवण्यास नकार दिला - जोपर्यंत वेसेलागोने दाखवले नाही की n< 0 в том случае, если одновременно ε < 0 и μ < 0.

नकारात्मक डायलेक्ट्रिक स्थिरांक असलेली नैसर्गिक सामग्री सुप्रसिद्ध आहे - प्लाझ्मा फ्रिक्वेंसीपेक्षा जास्त फ्रिक्वेन्सीवर कोणताही धातू (ज्यामध्ये धातू पारदर्शक बनते). या प्रकरणात ε< 0 достигается за счет того, что свободные электроны в металле экранируют внешнее электромагнитное поле. Гораздо сложнее создать материал с μ < 0, в природе такие материалы не существуют. Именно по этой причине работы Веселаго долгое время не привлекали должного внимания научной общественности. Прошло 30 лет, прежде чем английский ученый Д.Пендри (John Pendry) в 1999 г. показал, что отрицательная магнитная проницаемость может быть получена для проводящего кольца с зазором. Если поместить такое кольцо в переменное магнитное поле, в кольце возникнет электрический ток, а на месте зазора возникнет дуговой разряд. Поскольку металлическому кольцу можно приписать индуктивность L, а зазору соответствует эффективная емкость С, систему можно рассматривать как простейший колебательный контур с резонансной частотой ω 0 ~ 1/(LC) -1/2 . При этом система создает собственное магнитное поле, которое будет положительным при частотах переменного магнитного поля ω < ω 0 и отрицательным при ω > ω 0 .

अशा प्रकारे, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनच्या विद्युत आणि चुंबकीय दोन्ही घटकांना नकारात्मक प्रतिसाद असलेल्या प्रणाली शक्य आहेत. डेव्हिड स्मिथच्या नेतृत्वाखाली अमेरिकन संशोधकांनी 2000 मध्ये दोन्ही प्रणाली एकाच सामग्रीमध्ये एकत्र केले. तयार केलेल्या मेटामटेरियलमध्ये ε साठी जबाबदार असलेल्या धातूच्या रॉड्सचा समावेश होता< 0, и медных кольцевых резонаторов, благодаря которым удалось добиться μ < 0. Несомненно, структуру, изображенную на Рис.2, сложно назвать материалом в традиционном смысле этого слова, поскольку она состоит из отдельных макроскопических объектов. Между тем, данная структура «оптимизирована» для микроволнового излучения, длина волны которого значительного больше отдельных структурных элементов метаматериала. Поэтому с точки зрения микроволн последний также однороден, как например, оптическое стекло для видимого света. Последовательно уменьшая размеры структурных элементов можно создавать метаматериалы с отрицательным показателем преломления для терагерцового и инфракрасного диапазонов спектра. Ученые ожидают, что благодаря достижениям современных нанотехнологий в самое ближайшее время будут созданы метаматериалы и для видимого диапазона спектра.

भौतिकशास्त्राच्या दृष्टिकोनातून, नकारात्मक अपवर्तक निर्देशांक असलेले मेटामटेरिअल्स हे पारंपरिक पदार्थांचे अँटीपोड्स आहेत. नकारात्मक अपवर्तक निर्देशांकाच्या बाबतीत, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनचा फेज वेग उलट केला जातो; डॉपलर शिफ्ट उलट दिशेने होते; चालत्या चार्ज केलेल्या कणातून चेरेन्कोव्ह रेडिएशन पुढे नाही तर मागे होते; अभिसरण लेन्स भिन्न बनतात आणि उलट ... आणि हे सर्व त्या आश्चर्यकारक घटनांचा एक छोटासा भाग आहे जे नकारात्मक अपवर्तक निर्देशांक असलेल्या मेटामटेरियलसाठी शक्य आहे. अशा सामग्रीचा व्यावहारिक वापर, सर्व प्रथम, त्यांच्यावर आधारित टेराहर्ट्झ ऑप्टिक्स तयार करण्याच्या शक्यतेशी संबंधित आहे, ज्यामुळे, हवामानशास्त्र आणि समुद्रविज्ञानाचा विकास होईल, नवीन गुणधर्मांसह रडारचा उदय होईल आणि सर्व-हवामान. नेव्हिगेशन साधने, भागांच्या गुणवत्तेच्या दूरस्थ निदानासाठी उपकरणे आणि सुरक्षा प्रणाली जी आपल्याला कपड्यांखालील शस्त्रे तसेच अद्वितीय वैद्यकीय उपकरणे शोधण्याची परवानगी देतात.

साहित्य

    डी.आर. स्मिथ, डब्ल्यू.जे. पडिला, डी.सी. व्हायर, एस.सी. Nemat-Nasser, S. Schultz, एकाच वेळी नकारात्मक पारगम्यता आणि परवानगी असलेले संमिश्र माध्यम, भौतिक पुनरावलोकन पत्र 84 (2000) 4184.