χ e (\displaystyle \chi _(e)) at magnetic χ pagkamaramdamin ng panimulang materyal. Sa isang napaka-magaspang na pagtatantya, ang mga naturang implant ay maaaring ituring na mga atomo ng napakalaking sukat na artipisyal na ipinakilala sa pinagmulang materyal. Ang nag-develop ng mga metamaterial, kapag synthesize ang mga ito, ay may pagkakataon na pumili (mag-iba) ng iba't ibang mga libreng parameter (mga sukat ng mga istraktura, hugis, pare-pareho at variable na mga panahon sa pagitan nila, atbp.).

Ari-arian

Pagpasa ng liwanag sa pamamagitan ng isang metamaterial na may "kaliwang kamay" na refractive index.

Ang isa sa mga posibleng katangian ng metamaterial ay isang negatibong (o kaliwang kamay) na refractive index, na lumilitaw kapag ang permittivity at magnetic permeability ay sabay na negatibo.

Mga Pangunahing Kaalaman sa Epekto

Ang equation para sa pagpapalaganap ng mga electromagnetic wave sa isang isotropic medium ay may anyo:

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

saan k (\displaystyle k)- wave vector, ω (\displaystyle \omega )- dalas ng alon, c (\displaystyle c)- bilis ng liwanag, n 2 = ϵ μ (\displaystyle n^(2)=\epsilon \mu )- parisukat ng refractive index. Mula sa mga equation na ito ay malinaw na ang sabay-sabay na pagbabago ng mga palatandaan ng dielectric at magnetic μ (\displaystyle \mu ) ang permeability ng medium ay hindi makakaapekto sa mga ugnayang ito sa anumang paraan.

"Kanan" at "Kaliwa" na isotropic media

Ang equation (1) ay hinango batay sa teorya ni Maxwell. Para sa media na may dielectric ϵ (\displaystyle \epsilon ) at magnetic μ (\displaystyle \mu ) ang pagkamaramdamin ng daluyan ay sabay-sabay na positibo, tatlong mga vector ng electromagnetic field - electric at magnetic at wave ay bumubuo ng isang tinatawag na sistema. tamang vectors:

[ 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)).)

Ang ganitong mga kapaligiran ay naaayon na tinatawag na "right-wing".

Mga kapaligiran na ϵ (\displaystyle \epsilon ), μ (\displaystyle \mu )- sa parehong oras negatibo, na tinatawag na "kaliwa". Sa naturang media, electric E → (\displaystyle (\vec (E))), magnetic H → (\displaystyle (\vec (H))) at wave vector k → (\displaystyle (\vec (k))) bumuo ng isang sistema ng mga kaliwang vector.

Sa panitikan sa wikang Ingles, ang mga inilarawang materyales ay maaaring tawaging kanang-kamay at kaliwang kamay, o dinaglat bilang RHM (kanan) at LHM (kaliwa), ayon sa pagkakabanggit.

Paglipat ng enerhiya sa pamamagitan ng kanan at kaliwang alon

Ang flux ng enerhiya na dala ng alon ay tinutukoy ng Poynting vector, na katumbas ng S → = (c / 4 π) [ E → H → ] (\displaystyle (\vec (S))=(c/4\pi)\left[(\vec (E))(\vec (H)) \tama]). Vector S → (\displaystyle (\vec (S))) laging nabubuo gamit ang mga vector E → (\displaystyle (\vec (E))), H → (\displaystyle (\vec (H))) tama tatlo. Kaya, para sa kanang kamay na mga sangkap S → (\displaystyle (\vec (S))) At k → (\displaystyle (\vec (k))) nakadirekta sa isang direksyon, at para sa kaliwa - sa iba't ibang direksyon. Dahil vector k → (\displaystyle (\vec (k))) tumutugma sa direksyon sa bilis ng phase, malinaw na ang kaliwang kamay na mga sangkap ay mga sangkap na may tinatawag na negatibong bilis ng yugto. Sa madaling salita, sa kaliwang kamay na mga sangkap ang bilis ng phase ay kabaligtaran sa daloy ng enerhiya. Sa ganitong mga sangkap, halimbawa, ang isang baligtad na epekto ng Doppler at mga paatras na alon ay sinusunod.

Kaliwang medium dispersion

Posible ang pagkakaroon ng negatibong indicator ng isang medium kung mayroon itong frequency dispersion. Kung kasabay ϵ < 0 {\displaystyle \epsilon <0} , μ < 0 {\displaystyle \mu <0} , pagkatapos ay ang enerhiya ng alon W = ϵ E 2 + μ H 2 (\displaystyle W=\epsilon E^(2)+\mu H^(2)) magiging negatibo(!). Ang tanging paraan upang maiwasan ang kontradiksyon na ito ay kung ang medium ay may frequency dispersion ∂ ϵ / ∂ ω (\displaystyle \partial \epsilon /\partial \omega ) At ∂ μ / ∂ ω (\displaystyle \partial \mu /\partial \omega ).

Mga halimbawa ng pagpapalaganap ng alon sa isang kaliwang kamay na daluyan

Ang unang eksperimental na nagpakita ng mga negatibong index superlen ay may resolusyon na tatlong beses na mas mahusay kaysa sa limitasyon ng diffraction. Ang eksperimento ay isinagawa sa mga frequency ng microwave. Ang superlens ay ipinatupad sa optical range noong 2005. Ito ay isang lens na hindi gumagamit ng negatibong repraksyon, ngunit gumamit ng manipis na layer ng pilak upang palakasin ang evanescent waves. Ang mga kamakailang pagsulong sa teknolohiya ng superlens ay sinusuri sa CE&N. Upang lumikha ng isang superlens, ang mga alternating layer ng pilak at magnesium fluoride na idineposito sa isang substrate ay ginagamit, kung saan pinutol ang isang nanograting. Ang resulta ay isang three-dimensional na composite na istraktura na may negatibong refractive index sa malapit-infrared na rehiyon. Sa pangalawang kaso, ang metamaterial ay nilikha gamit ang mga nanowires na pinalaki nang electrochemical sa isang porous na ibabaw ng alumina. Sa simula ng 2007, inihayag ang paglikha ng isang metamaterial na may negatibong refractive index sa nakikitang rehiyon. Ang materyal ay may refractive index sa wavelength na 780 nm ng −0.6. Metasurfaces Ang isang dalawang-dimensional na analogue ng mga metamaterial ay metasurfaces. Ang mga metasurface ay partikular na angkop para sa pagkontrol ng liwanag dahil malamang na magkaroon sila ng mas mababang pagkalugi kaysa sa mga bulk na metamaterial at mas madaling gawin. Aplikasyon Inihayag ang paglikha ng isang metamaterial na may negatibong refractive index sa nakikitang rehiyon, na may kakayahang magtago ng isang three-dimensional na bagay. Ang materyal ay binubuo ng isang gintong substrate, gintong nanoantenna at magnesium fluoride. Ang paggamit ng mga metamaterial sa paglikha ng camouflage smart na damit para sa militar ay mas promising kaysa sa mga alternatibong diskarte. Dahil sa katotohanan na ang mga metamaterial ay may negatibong refractive index, mainam ang mga ito para sa mga camouflaging na bagay, dahil hindi sila matukoy ng radio reconnaissance. Gayunpaman, mayroon lamang negatibong refractive index ang mga kasalukuyang metamaterial sa unang pagtatantya, na humahantong sa makabuluhang pangalawang muling paglabas. Ang interes sa paggamit ng mga metamaterial sa mga aplikasyon ng radio engineering at, sa partikular, sa teknolohiya ng antenna ay lumalaki nang malaki. Ang mga pangunahing lugar ng kanilang aplikasyon: ang paggawa ng mga substrate at emitters sa mga naka-print na antenna upang makamit ang broadband at bawasan ang laki ng mga elemento ng antena; kabayaran para sa reaktibiti ng mga maliliit na antenna sa kuryente sa isang malawak na frequency band, kabilang ang mga lumalampas sa pangunahing limitasyon ng Chu; pagkamit ng isang makitid na spatial na oryentasyon ng mga elementary emitters na nakalubog sa metamedium; produksyon ng mga surface wave antenna; pagbabawas ng impluwensya sa isa't isa sa pagitan ng mga elemento ng mga array ng antenna, kabilang ang sa mga MIMO device; koordinasyon ng sungay at iba pang uri ng antenna. Kwento Ang mga unang gawa sa direksyong ito ay nagsimula noong ika-19 na siglo. Noong 1898, isinagawa ni Jagadis Chandra Bose ang unang eksperimento sa microwave upang pag-aralan ang mga katangian ng polariseysyon ng mga kurbadong istruktura na kanyang nilikha. Noong 1914, nagtrabaho si Lindmann sa artificial media, na binubuo ng maraming random na naka-orient na maliliit na wire, pinaikot sa isang spiral at naka-embed sa isang medium na nag-aayos sa kanila. Noong 1946–1948 Si Winston E. Cocke ang unang lumikha ng mga microwave lens gamit ang conducting spheres, disks at pana-panahong nakaayos na mga metal strips, na mahalagang bumuo ng isang artipisyal na daluyan na may partikular na epektibong refractive index. Ang isang detalyadong paglalarawan ng kasaysayan ng isyu ay matatagpuan sa gawain ni V. M. Agranovich at Yu. N. Gartstein, pati na rin sa mga publikasyon ng Vadim Slyusar. Sa karamihan ng mga kaso, ang kasaysayan ng isyu ng mga materyales na may negatibong refractive index ay nagsisimula sa pagbanggit ng gawain ng Soviet physicist na si Viktor Veselago, na inilathala sa journal Uspekhi Fizicheskikh Nauk noong 1967. Tinalakay ng artikulo ang posibilidad ng isang materyal na may negatibong refractive index, na tinatawag na "kaliwang kamay". Ang may-akda ay dumating sa konklusyon na sa gayong materyal halos lahat ng kilalang optical phenomena ng pagpapalaganap ng alon ay nagbabago nang malaki, bagaman sa oras na iyon ang mga materyales na may negatibong refractive index ay hindi pa kilala. Dito, gayunpaman, dapat tandaan na sa katotohanan ang gayong "kaliwang kamay" na mga kapaligiran ay tinalakay nang mas maaga sa gawain ng Sivukhin at sa mga artikulo ng Pafomov. Sa mga nagdaang taon, nagkaroon ng masinsinang pananaliksik sa mga phenomena na nauugnay sa negatibong refractive index. Ang dahilan ng pagtindi ng mga pag-aaral na ito ay ang paglitaw ng isang bagong klase ng mga artipisyal na binagong materyales na may espesyal na istraktura, na tinatawag na metamaterial. Ang mga electromagnetic na katangian ng metamaterial ay tinutukoy ng mga elemento ng kanilang panloob na istraktura, na inilagay ayon sa isang naibigay na pattern sa antas ng mikroskopiko. Samakatuwid, ang mga katangian ng mga materyales na ito ay maaaring mabago upang magkaroon sila ng mas malawak na hanay ng mga katangian ng electromagnetic, kabilang ang isang negatibong refractive index. Mga Tala Engheta, Nader (Ingles) Ruso; Ziolkowski, Richard W. Metamaterial: Physics at Engineering Explorations. - John Wiley & Sons &, 2006. - P. xv, 3–30, 37, 143–150, 215–234, 240–256. - 440 p. - ISBN 978-0-471-76102-0. David R. Smith (Ingles) Ruso. Metamaterial(Ingles) . Meta Group. Duke University. Hinango noong Agosto 22, 2015. Slyusar, Vadim. Mga metamaterial sa teknolohiya ng antenna: kasaysayan at mga pangunahing prinsipyo // Electronics: agham, teknolohiya, negosyo. - 2009. - No. 7. - p. 70-79. Slyusar, Vadim. Mga metamaterial sa teknolohiya ng antenna: mga pangunahing prinsipyo at resulta // First Mile. Last Mile (Supplement sa magazine na "Electronics: Science, Technology, Business"). - 2010. - Hindi. 3-4. - P. 44-60. PostScience Ildar Gabitov Marso 29, 2017 Metamaterials Orlov A. A., Yankovskaya E. A., Belov P. A., Zhukovsky S. V. Pag-extract ng mga materyal na parameter ng isang plasmonic multilayer mula sa reflection at transmission coefficients // Siyentipiko at teknikal na bulletin ng mga teknolohiya ng impormasyon, mekanika at optika. -

Ang mga metamaterial ay mga espesyal na composite na materyales na nakuha sa pamamagitan ng artipisyal na pagbabago ng mga elementong ipinakilala sa kanila. Ang istraktura ay binago sa nanoscale, na ginagawang posible na baguhin ang mga laki, hugis at lattice period ng atom, pati na rin ang iba pang mga parameter ng materyal. Salamat sa artipisyal na pagbabagong-anyo ng istraktura, ang binagong bagay ay nakakakuha ng ganap na mga bagong katangian na wala sa mga materyales ng natural na pinagmulan.

Salamat sa pagbabagong-anyo sa itaas, ang magnetic, dielectric permeability, pati na rin ang iba pang mga pisikal na tagapagpahiwatig ng napiling bagay ay binago. Bilang resulta, ang mga binagong materyales ay nakakakuha ng natatanging optical, radiophysical, electrical at iba pang mga katangian, na nagbubukas ng malawak na mga prospect para sa pag-unlad ng siyentipikong pag-unlad. Ang trabaho sa direksyon na ito ay maaaring humantong sa paglitaw ng ganap na bagong mga aparato at imbensyon na humanga sa imahinasyon. Ito ay mga invisibility cloak, super lens at marami pang iba.

Mga uri

Ang mga metamaterial ay karaniwang inuri ayon sa kanilang antas ng repraksyon:

• One-dimensional. Sa kanila, ang antas ng repraksyon ay patuloy na nagbabago lamang sa isang direksyon sa espasyo. Ang mga naturang materyales ay gawa sa mga layer ng mga elemento na nakaayos nang magkatulad at may iba't ibang antas ng repraksyon. Nagagawa nilang ipakita ang mga natatanging katangian lamang sa isang direksyon ng espasyo, na patayo sa tinukoy na mga layer.
• 2D. Sa kanila, ang antas ng repraksyon ay patuloy na nagbabago sa 2 direksyon lamang ng espasyo. Ang mga naturang materyales ay kadalasang gawa sa mga hugis-parihaba na istruktura na may repraksyon m1 at matatagpuan sa isang daluyan na may repraksyon m2. Kasabay nito, ang mga elemento na may repraksyon m1 ay matatagpuan sa isang 2-dimensional na sala-sala na may cubic base. Bilang isang resulta, ang mga naturang materyales ay maaaring magpakita ng kanilang mga katangian sa 2 direksyon ng espasyo. Ngunit ang two-dimensionality ng mga materyales ay hindi limitado sa isang parihaba lamang; maaari itong gawin gamit ang isang bilog, ellipse o iba pang di-makatwirang hugis.
• 3D. Sa kanila, ang antas ng repraksyon ay patuloy na nagbabago sa 3 direksyon ng espasyo. Ang mga naturang materyales ay maaaring conventionally na kinakatawan bilang isang hanay ng mga lugar sa isang volumetric na kahulugan (ellipse, cube, at iba pa), na matatagpuan sa isang three-dimensional na sala-sala.

Ang mga metamaterial ay nahahati din sa:

• Mga konduktor. Naglilipat sila ng mga quasiparticle sa mga makabuluhang distansya, ngunit may maliit na pagkalugi.
• Mga dielectric . Ang mga salamin ay nasa halos perpektong kondisyon.
• Mga semiconductor . Ito ay mga elemento na maaaring, halimbawa, ay sumasalamin sa mga quasiparticle lamang ng isang tiyak na haba ng daluyong.
• Mga superconductor . Sa mga materyales na ito, ang mga quasiparticle ay maaaring maglakbay ng halos walang limitasyong mga distansya.

Bilang karagdagan, mayroong mga materyales:

• Hindi matunog.
• Matunog.

Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga resonant na materyales at non-resonant na mga elemento ay mayroon silang dielectric na pare-pareho lamang sa isang tiyak na dalas ng resonance.

Maaaring malikha ang mga metamaterial na may iba't ibang katangian ng kuryente. Samakatuwid, nahahati sila ayon sa kanilang kamag-anak na pagkamatagusin:

• DNG, iyon ay, dobleng negatibo - ang mga permeabilities ay negatibo.
• DPS, iyon ay, dobleng positibo - ang mga permeabilities ay positibo.
• Hi-Z, iyon ay, mataas na impedance ibabaw.
• SNG, iyon ay, solong negatibo - mga materyales ng halo-halong uri.
• DZR, iyon ay, double zero - ang materyal ay may permeability na katumbas ng zero.

Device

Ang mga metamaterial ay mga sangkap na ang mga katangian ay ibinibigay ng isang mikroskopikong istraktura na ipinakilala ng mga tao. Ang mga ito ay synthesize sa pamamagitan ng pagsasama ng mga pana-panahong istruktura na may iba't ibang mga geometric na hugis sa isang ibinigay na elemento ng natural na pinagmulan, na binabago ang magnetic at dielectric na pagkamaramdamin ng orihinal na istraktura.

Conventionally, ang mga naturang inklusyon ay maaaring ituring na mga artipisyal na atomo na medyo malaki ang sukat. Sa panahon ng synthesis, ang lumikha ng materyal ay may pagkakataon na bigyan ito ng iba't ibang mga parameter, na batay sa hugis at sukat ng mga istruktura, pagkakaiba-iba ng panahon, at iba pa. Salamat sa ito, posible na makakuha ng mga materyales na may kamangha-manghang mga katangian.

Ang isa sa pinakatanyag na mga elemento ay ang mga kristal na photonic. Ang kanilang kakaiba ay ipinakita sa pamamagitan ng isang pana-panahong pagbabago sa antas ng repraksyon sa espasyo sa isa, dalawa at tatlong direksyon. Salamat sa mga parameter na ito, ang materyal ay maaaring magkaroon ng mga zone na maaaring o hindi makatanggap ng enerhiya ng photon.

Bilang isang resulta, kung ang isang photon na may isang tiyak na enerhiya (ng kinakailangang dalas at haba ng daluyong) na hindi tumutugma sa zone ng tinukoy na kristal ay inilabas sa tinukoy na sangkap, kung gayon ito ay makikita sa kabaligtaran ng direksyon. Kung ang isang photon na may mga parameter na tumutugma sa mga parameter ng pinapayagang zone ay tumama sa kristal, pagkatapos ay gumagalaw ito kasama nito. Sa ibang paraan, ang kristal ay gumaganap bilang isang elemento ng optical filter. Iyon ang dahilan kung bakit ang mga kristal na ito ay may hindi kapani-paniwalang mayaman at maliliwanag na kulay.

Prinsipyo ng pagpapatakbo

Ang pangunahing tampok ng mga artipisyal na nabuo na materyales ay ang periodicity ng kanilang istraktura. Maaaring ito ay 1D, 2D o 3D istraktura. Sa katunayan, maaari silang magkaroon ng ibang mga istraktura. Halimbawa, maaari silang ayusin bilang mga elemento ng dielectric, kung saan magkakaroon ng mga bukas na wire ring. Sa kasong ito, ang mga singsing ay maaaring ma-deform mula sa bilog hanggang sa parisukat.

Upang matiyak na ang mga de-koryenteng katangian ay pinananatili sa anumang dalas, ang mga singsing ay nakabalangkas na sarado. Bilang karagdagan, ang mga singsing sa isang sangkap ay madalas na nakaayos nang random. Ang pagsasakatuparan ng mga natatanging parameter ng isang bagong sangkap ay nangyayari sa resonance ng dalas nito, pati na rin ang epektibong dalas ng isang electromagnetic wave mula sa labas.

Aplikasyon

Ang mga metamaterial ay at patuloy na malawakang ginagamit sa lahat ng lugar kung saan ginagamit ang electromagnetic radiation. Ito ay gamot, agham, industriya, kagamitan sa kalawakan at marami pang iba. Ngayon, isang malaking halaga ng mga electromagnetic na materyales ang nilikha na ginagamit na.

• Sa radiophysics at astronomy, ginagamit ang mga espesyal na coatings na mahusay na ginagamit upang protektahan ang mga teleskopyo o sensor na gumagamit ng long-wave radiation.
• Sa optika, ang diffraction refraction ay nakakahanap din ng malawak na aplikasyon. Halimbawa, ang isang superlens ay nalikha na, na nagbibigay-daan sa amin upang malutas ang problema ng limitasyon ng diffraction ng resolusyon ng karaniwang optika. Bilang resulta, ang unang eksperimentong sample ng lens ay nagpakita ng kahanga-hangang pagganap; ang resolution nito ay 3 beses na mas mataas kaysa sa umiiral na limitasyon ng diffraction.

• Sa microelectronics, ang mga metamaterial ay maaaring gumawa ng isang tunay na rebolusyon na maaaring magbago sa buhay ng halos bawat tao sa Earth. Ito ay maaaring humantong sa paglitaw ng mga order ng magnitude na mas maliit at hindi kapani-paniwalang mahusay na mga aparato at antenna para sa mga mobile phone. Salamat sa mga bagong materyales, posible na palawakin ang density ng imbakan ng data, na nangangahulugan na ang mga disk at maraming iba pang mga elektronikong aparato ay lilitaw na maaaring magkaroon ng isang malaking halaga ng memorya;
• Paglikha ng hindi kapani-paniwalang makapangyarihang mga laser. Salamat sa paggamit ng mga materyales na may binagong istraktura, ang mga makapangyarihang laser ay lumilitaw na, na, na may mas kaunting enerhiya na natupok, ay gumagawa ng isang order ng magnitude na malakas at mapanirang pulso ng liwanag. Bilang resulta, maaaring lumitaw ang mga sandatang laser na gagawing posible na mabaril ang mga ballistic missiles na matatagpuan sa layong sampu-sampung kilometro.

Ang mga pang-industriya na laser ay magagawang mahusay na i-cut hindi lamang ang mga materyales na metal na may kapal na ilang sampu-sampung milimetro, kundi pati na rin ang mga mas malaki sa isang order ng magnitude.

Salamat sa mga bagong sistema ng laser, lalabas ang mga bagong pang-industriyang 3D printer na makakapag-print ng mga produktong metal nang mabilis at may mataas na kalidad. Sa mga tuntunin ng kanilang kalidad, halos hindi sila magiging mababa sa mga produktong ginawa gamit ang mga tipikal na pamamaraan ng paggawa ng metal. Halimbawa, maaaring ito ay isang gear o iba pang kumplikadong bahagi, ang paggawa nito sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay mangangailangan ng maraming oras at pagsisikap.

• Paglikha ng mga bagong anti-reflective na materyales. Salamat sa kanilang paglikha at paggamit, posible na lumikha ng mga mandirigma, bombero, barko, submarino, tangke, robotic system, mobile installation tulad ng Yars at Sarmat, na hindi makikita ng mga sensor at radar ng kaaway. Ang mga katulad na teknolohiya ay maaari nang magamit sa ikaanim at ikapitong henerasyong mga manlalaban.

Sa ngayon, posible nang tiyakin ang "invisibility" para sa mga kagamitan sa saklaw ng dalas ng terahertz. Sa hinaharap, magiging posible na lumikha ng teknolohiya na hindi nakikita sa buong saklaw ng dalas, kabilang ang "nakikita" ng mata ng tao. Ang isang ganoong solusyon ay ang invisibility cloak. Sa ngayon, ang invisibility cloak ay maaari nang magtago ng maliliit na bagay, ngunit mayroon itong ilang mga bahid.

• Kakayahang makakita sa mga dingding. Ang paggamit ng mga bagong artipisyal na materyales ay magiging posible upang lumikha ng mga aparato na magbibigay-daan sa iyo upang makita sa pamamagitan ng mga dingding. Sa ngayon, gumagawa na ng mga device na nagpapakita ng malakas na magnetic response sa radiation sa terahertz range.
• Paglikha ng bluff wall o hindi umiiral na "mga kopya" ng kagamitang militar. Pinapayagan ka ng mga metamaterial na lumikha ng ilusyon ng pagkakaroon ng isang bagay sa isang lugar kung saan wala ito. Halimbawa, ang mga katulad na teknolohiya ay ginagamit na ng militar ng Russia upang lumikha ng maraming hindi umiiral na mga missile na "lumipad" sa tabi ng tunay na isa upang linlangin ang sistema ng pagtatanggol ng missile ng kaaway.

MOSCOW,26 Set - RIA Novosti, Olga Kolentsova. Minsan ang mga nakamit ng modernong teknolohiya ay maaaring mapagkamalang magic. Tanging sa halip na magic, ang eksaktong agham ay gumagana. Ang isa sa mga lugar ng pananaliksik, ang mga resulta nito ay maaaring magsilbi bilang isang paglalarawan ng mga katangian ng "mga katangian ng fairytale," ay ang pagbuo at paglikha ng mga metamaterial.

Nakahanap ang mga mathematician ng paraan para gawing "light computer" ang metamaterial.Natuklasan ng mga mathematician na ang mga katangian ng mga metamaterial ay maaaring, sa teorya, ay mabago upang ang isang koleksyon ng ilang iba't ibang piraso ng naturang mga compound ay maaaring magsagawa ng mga kumplikadong matematikal na operasyon sa mga solong sinag ng liwanag.

Mula sa isang purong pisikal na pananaw, ang mga metamaterial ay artipisyal na nabuo at espesyal na itinayo na mga istruktura na may mga electromagnetic o optical na katangian na hindi matamo sa kalikasan. Ang huli ay natutukoy hindi kahit na sa pamamagitan ng mga katangian ng kanilang mga sangkap na bumubuo, katulad ng istraktura. Pagkatapos ng lahat, mga bahay na katulad sa hitsura ay maaaring itayo mula sa parehong mga materyales, ngunit ang isa ay magkakaroon ng ibang soundproofed, at sa isa pa ay maririnig mo ang paghinga ng iyong kapitbahay mula sa apartment sa tapat. Ano ang sikreto? Tanging sa kakayahan ng tagabuo na pamahalaan ang mga pondong ibinigay.

Sa ngayon, ang mga materyales na siyentipiko ay nakagawa na ng maraming mga istraktura na ang mga katangian ay hindi matatagpuan sa kalikasan, bagaman hindi sila lumalampas sa mga hangganan ng mga pisikal na batas. Halimbawa, ang isa sa mga nilikhang metamaterial ay kayang kontrolin ang mga sound wave nang napakatalino anupat may hawak silang maliit na bola sa hangin. Binubuo ito ng dalawang gratings na binuo gamit ang mga brick na puno ng thermoplastic rods, na inilatag sa isang pattern na "ahas". Ang sound wave ay nakatutok tulad ng liwanag sa isang lens, at ang mga mananaliksik ay naniniwala na ang aparatong ito ay magpapahintulot sa kanila na bumuo ng kontrol ng tunog sa kakayahang baguhin ang direksyon nito, dahil binabago nila ngayon ang landas ng isang light beam gamit ang optika.

© Ilustrasyon ni RIA Novosti. A. Polyanina

© Ilustrasyon ni RIA Novosti. A. Polyanina

Ang isa pang metamaterial ay maaaring muling ayusin ang sarili nito. Ang bagay ay binuo mula dito nang walang tulong ng mga kamay, dahil ang pagbabago sa hugis ay maaaring ma-program! Ang istraktura ng naturang "matalinong" materyal ay binubuo ng mga cube, ang bawat dingding nito ay binubuo ng dalawang panlabas na layer ng polyethylene terephthalate at isang panloob na layer ng double-sided adhesive tape. Binibigyang-daan ka ng disenyong ito na baguhin ang hugis, dami at maging ang tigas ng isang bagay.

Ngunit ang pinaka-kahanga-hangang mga katangian ay ang mga optical metamaterial, na maaaring baguhin ang visual na pang-unawa ng katotohanan. "Gumagana" sila sa hanay ng wavelength na nakikita ng mata ng tao. Ito ay mula sa naturang mga materyales na ang mga siyentipiko ay lumikha ng isang tela mula sa kung saan ang isang invisibility na balabal ay maaaring gawin.

Totoo, sa ngayon ay isang micro-object lamang ang maaaring gawing invisible sa optical range.

Ang posibilidad ng paglikha ng isang materyal na may negatibong anggulo ng repraktibo ay hinulaang noong 1967 ng Sobyet na pisisista na si Viktor Veselago, ngunit ngayon lamang ang mga unang halimbawa ng mga tunay na istruktura na may ganitong mga katangian ay lumilitaw. Dahil sa negatibong anggulo ng repraktibo, ang mga sinag ng liwanag ay yumuko sa paligid ng isang bagay, na ginagawa itong hindi nakikita. Kaya, napapansin lamang ng nagmamasid kung ano ang nangyayari sa likod ng taong nakasuot ng "kahanga-hangang" balabal.

© Larawan: Xiang Zhang group, Berkeley Lab/UC Berkeley

© Larawan: Xiang Zhang group, Berkeley Lab/UC Berkeley

Ang pinakabagong tagumpay sa paglikha ng mga optical metamaterial ay pag-aari ng mga siyentipikong Ruso mula sa NUST MISIS. Bukod dito, ang pinakakaraniwang "mga sangkap" ay ginamit - hangin, baso at tubig. Ang gawain ng mga siyentipiko ay nai-publish sa isa sa mga may pinakamataas na rating na mga journal sa mundo, Scientific Reports. publishing house Kalikasan. ", ang bawat sample ay maaaring magastos ng libu-libong euros," binigyang-diin ni Alexey Basharin, isang mananaliksik sa NUST MISIS Laboratory of Superconducting Metamaterials, Candidate of Technical Sciences. — Bilang karagdagan, ang posibilidad ng error kapag bumubuo ng naturang sistema ay napakataas kahit na sa paggamit ng mga pinaka-mataas na katumpakan na mga tool. Gayunpaman, kung lumikha ka ng isang mas malaking sukat na materyal na naglalaman ng hindi optical (400-700 nm), ngunit radyo waves (7-8 cm ang haba), ang physics ng proseso Ang scaling na ito ay hindi magbabago, ngunit ang teknolohiya para sa paglikha ng mga ito ay magiging mas simple."

Sa pamamagitan ng pag-aaral ng mga katangian ng mga nilikhang istruktura, ipinakita ng mga may-akda ng akda na ang ganitong uri ng sangkap ay may ilang mga praktikal na aplikasyon. Una sa lahat, ito ay mga sensor ng mga kumplikadong molekula, dahil ang huli, kapag pumapasok sa larangan ng metamaterial, ay nagsisimula mamula. Sa ganitong paraan, kahit na ang mga solong molekula ay maaaring matukoy, na maaaring magkaroon ng malaking epekto sa pagbuo ng, halimbawa, forensic science. Bilang karagdagan, ang naturang metamaterial ay maaaring gamitin bilang isang light filter, na naghihiwalay ng liwanag ng isang tiyak na haba mula sa radiation ng insidente. Naaangkop din ito bilang batayan para sa paglikha ng ultra-maaasahang magnetic memory, dahil ang istraktura ng mga metamaterial na cell ay pumipigil sa kanila mula sa binabaligtad ang magnetization sa isa't isa at sa gayon ay nawawala ang impormasyon.

Viktor Georgievich Veselago

Halos 40 taon na ang nakalilipas, ang siyentipikong Sobyet na si Viktor Veselago ay nag-hypothesize ng pagkakaroon ng mga materyales na may negatibong refractive index:

Ang mga metamaterial ay mga pinagsama-samang materyales na ang mga katangian ay hindi natutukoy ng mga indibidwal na pisikal na katangian ng kanilang mga bahagi kundi sa pamamagitan ng kanilang microstructure. Ang terminong "metamaterial" ay lalo na kadalasang ginagamit kaugnay sa mga composite na nagpapakita ng mga katangian na hindi katangian ng mga bagay na matatagpuan sa kalikasan. .

Equation ng alon

Mula sa mga equation ni Maxwell para sa isang homogenous na neutral na non-conducting medium ay sumusunod na ang mga electromagnetic wave ay maaaring magpalaganap sa mga electromagnetic field na may phase velocity

Sa isang vacuum, ang bilis na ito ay katumbas ng bilis ng liwanag

Kaya ang bilis ng phase ng pagpapalaganap um. Ang mga alon sa isang sangkap ay tinutukoy ng magnetic at dielectric na pare-pareho ng medium.

Ang ratio ng bilis ng liwanag sa vacuum to|do| bilis ng liwanag sa daluyan - n tinatawag na absolute refractive index ng medium

Iniharap ni Victor Veselago ang sumusunod na hypothesis:

"Kung hindi natin isasaalang-alang ang mga pagkalugi at isaalang-alang ang n, ε at μ bilang mga tunay na numero, kung gayon malinaw na ang sabay-sabay na pagbabago ng mga palatandaan ng ε at μ ay hindi nakakaapekto sa ratio sa anumang paraan. Ang sitwasyong ito ay maaaring ipaliwanag sa iba't ibang paraan. Una, maaari nating aminin na ang mga katangian ng mga sangkap ay talagang hindi nakasalalay sa sabay-sabay na pagbabago ng mga palatandaan ng ε at μ. Pangalawa, maaaring lumabas na ang sabay-sabay na negatibiti ng ε at μ ay sumasalungat sa anumang pangunahing batas ng kalikasan, at samakatuwid ay mga sangkap na may ε< 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.»

"Kanan" at "Kaliwa" na isotropic media

Hayaang magpalaganap ang isang eroplanong electromagnetic wave sa isang homogenous na neutral na non-conducting medium sa direksyon ng x axis, ang wave front nito ay patayo sa direksyon ng propagation.

Ang mga vector at bumubuo ng isang kanang kamay na sistema na may direksyon ng pagpapalaganap ng alon; sa isang nakapirming punto sa espasyo, nagbabago sila sa paglipas ng panahon ayon sa isang harmonic na batas sa isang yugto.

Ang ganitong mga kapaligiran ay naaayon na tinatawag na "right-wing".

Ang mga kapaligiran kung saan ang ε at μ ay parehong negatibo ay tinatawag na "kaliwa".

Sa naturang media, ang mga electric, magnetic at wave vector ay bumubuo ng isang sistema ng mga left-handed vector.

Sa katunayan, kung itulak mo ang isang palawit gamit ang iyong kamay, ito ay masunurin na lilipat sa direksyon ng pagtulak at magsisimulang mag-oscillate sa tinatawag na resonant frequency. Sa pamamagitan ng pagtulak sa pendulum sa oras kasama ang swing, maaari mong taasan ang amplitude ng mga oscillations. Kung itulak mo ito ng mas mataas na dalas, kung gayon ang mga pagkabigla ay hindi na magkakasabay sa mga oscillations sa yugto, at sa ilang mga punto ang kamay ay matatamaan ng isang pendulum na gumagalaw patungo dito. Katulad nito, ang mga electron sa isang materyal na may negatibong refractive index ay lumalabas sa yugto at nagsimulang labanan ang "mga pagtulak" ng electromagnetic field.

Kaya, noong 1968, ipinakita ni Veselago na ang isang sangkap na may negatibong ε at μ ay dapat magkaroon ng refractive index n mas mababa sa 0.

Pang-eksperimentong kumpirmasyon.

Ang mga electron sa isang materyal ay gumagalaw pabalik-balik sa ilalim ng impluwensya ng isang electric field at sa isang bilog sa ilalim ng impluwensya ng isang magnetic field. Ang antas ng pakikipag-ugnayan ay tinutukoy ng dalawang katangian ng sangkap: dielectric constant ε at magnetic permeability μ. Ang una ay nagpapakita ng antas ng reaksyon ng mga electron sa isang electric field, ang pangalawa - ang antas ng reaksyon sa isang magnetic field. Ang karamihan sa mga materyales ay may ε at μ na mas malaki kaysa sa zero.

Ang negatibong ε o μ ay nangyayari kapag ang mga electron sa isang materyal ay gumagalaw sa kabaligtaran ng direksyon sa mga puwersang nilikha ng mga electric at magnetic field. Kahit na ang pag-uugali na ito ay tila kabalintunaan, ang pagkuha ng mga electron upang lumipat laban sa mga puwersa ng mga electric at magnetic field ay hindi ganoon kahirap.

Saan at paano maghanap ng mga naturang sangkap?

Ang unang pang-eksperimentong kumpirmasyon ng posibilidad ng paglikha ng isang materyal na may negatibong refractive index ay nakuha noong 2000 sa Unibersidad ng California sa San Diego (UCSD). Dahil ang mga pangunahing bloke ng gusali ng metamaterial ay dapat na mas maliit kaysa sa haba ng daluyong, ang mga mananaliksik ay nagtrabaho sa sentimetro-haba ng daluyong radiation at gumamit ng mga elemento na ilang milimetro ang laki.

Ang susi sa ganitong uri ng negatibong reaksyon ay resonance, iyon ay, ang pagkahilig na manginig sa isang tiyak na dalas. Ito ay artipisyal na nilikha sa isang metamaterial gamit ang maliliit na resonant circuit na gayahin ang tugon ng isang substance sa isang magnetic o electric field. Halimbawa, sa isang sirang ring resonator (RRR), ang isang magnetic flux na dumadaan sa isang metal na singsing ay nag-uudyok ng mga pabilog na alon dito, katulad ng mga agos na nagdudulot ng magnetismo ng ilang mga materyales. At sa isang sala-sala ng mga tuwid na metal rod, ang electric field ay lumilikha ng mga alon na nakadirekta sa kanila. Ang mga libreng electron sa naturang mga circuit ay nag-o-oscillate na may resonant frequency, depende sa hugis at sukat ng conductor. Kung ang isang field na may frequency sa ibaba ng resonant frequency ay inilapat, isang normal na positibong tugon ang makikita. Gayunpaman, habang tumataas ang dalas, nagiging negatibo ang tugon, tulad ng sa kaso ng isang pendulum na gumagalaw patungo sa iyo kung itulak mo ito nang may dalas na mas mataas sa tumutunog. Kaya, ang mga konduktor sa isang tiyak na saklaw ng dalas ay maaaring tumugon sa isang electric field bilang isang medium na may negatibong ε, at ang mga singsing na may mga hiwa ay maaaring gayahin ang isang materyal na may negatibong μ. Ang mga konduktor at singsing na ito na may mga hiwa ay ang mga elementarya na bloke na kailangan upang lumikha ng malawak na hanay ng mga metamaterial, kabilang ang mga hinahanap ni Veselago.

Ang mga siyentipiko ng California ay nagdisenyo ng isang metamaterial na binubuo ng mga alternating conductor at RKR, na binuo sa anyo ng isang prisma. Ang mga konduktor ay nagbigay ng negatibong ε, at ang mga singsing na may mga hiwa ay nagbibigay ng negatibong μ. Ang resulta ay dapat na isang negatibong refractive index. Para sa paghahambing, ang isang prisma ng eksaktong parehong hugis ay ginawa mula sa Teflon, kung saan n = 1.4. Itinuro ng mga mananaliksik ang isang sinag ng microwave radiation sa gilid ng prisma at sinukat ang intensity ng mga alon na umuusbong mula dito sa iba't ibang mga anggulo. Tulad ng inaasahan, ang sinag ay positibong na-refracte ng Teflon prism at negatibong na-refracte ng metamaterial prism.

Mga kahihinatnan.

Repraksyon sa interface sa pagitan ng dalawang media na may magkakaibang facet.

Superlens.

Isang simpleng plane-parallel metamaterial plate na may n<0 может фокусировать лучи от источника на малом расстоянии от неё см. рисунок ниже.

Plane-parallel plate na gawa sa metamaterial na may n<0

Sa tamang kapaligiran, ang espasyo ng imahe ng lens ay hindi magkapareho sa mismong bagay dahil ito ay nabuo nang walang evanescent waves. Sa kaliwang daluyan, ang mga evanescent wave ay hindi humihina; sa kabaligtaran, ang kanilang amplitude ay tumataas habang ang alon ay lumalayo mula sa bagay, kaya ang imahe ay nabuo sa pakikilahok ng mga evanescent wave, na maaaring gawing posible upang makakuha ng mga imahe na may isang resolusyon. mas mahusay kaysa sa limitasyon ng diffraction. Posibleng malampasan ang limitasyon ng diffraction kapag lumilikha ng naturang mga optical system, gamit ang mga ito upang mapataas ang resolution ng mga mikroskopyo, lumikha ng nanoscale microcircuits, at dagdagan ang density ng pag-record sa optical storage media.

Negatibong presyon

Reflection ng isang sinag na nagpapalaganap sa isang daluyan na may n< 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.

Balita

Sa simula ng 2007, inihayag ang paglikha ng isang metamaterial na may negatibong refractive index sa nakikitang rehiyon. Ang materyal ay may refractive index sa wavelength na 780 nm katumbas ng −0.6

Noong 2011, ang mga artikulo ay nai-publish na nagsasaad na ang isang teknolohiya ay nasubok sa USA na nagpapahintulot sa malalaking sheet ng mga metamaterial na magawa nang maramihan.

Metamaterial sa pamamagitan ng pag-print

Konklusyon

Ang pag-aaral at paglikha ng mga bagong metamaterial na may mga natatanging katangian ay magbibigay-daan sa sangkatauhan na makabuluhang umunlad sa maraming larangan ng agham at teknolohiya sa malapit na hinaharap. Kabilang dito ang astronomical na pananaliksik salamat sa mga superlenses na nagtagumpay sa limitasyon ng diffraction ng resolution; alternatibong mapagkukunan ng enerhiya - lilitaw ang mga bagong solar panel na may kahusayan na higit sa 20%; mga materyales - hindi nakikita, atbp. Ang bilang ng mga direksyon sa pananaliksik ay napakalaki at, higit sa lahat, matagumpay ang mga ito.

Kaya mga katedral ng mga supervital na kristal
Maingat na ilaw ng gagamba,
Unraveling the ribs, them again
Kinokolekta sa iisang bundle.
O. Mandelstam

Problema ng mga bata "Alin ang mas mabigat, isang kilo ng cotton wool o isang kilo ng iron filings?" lituhin lamang ang isang mabagal na bata sa unang baitang. Mas kawili-wiling mag-isip tungkol sa paksa: "Anong mga katangian ang makukuha ng materyal kung maingat nating paghaluin ang pinong giniling na cotton wool at iron filings?" Ito ay intuitively malinaw: upang masagot ang tanong na ito, kailangan mong tandaan ang mga katangian ng bakal at koton na lana, pagkatapos ay maaari mong kumpiyansa na sabihin na ang nagreresultang materyal ay malamang, halimbawa, ay tumutugon sa pagkakaroon ng isang magnet at tubig. Gayunpaman, ang mga katangian ba ng isang multiphase na materyal ay palaging tinutukoy lamang ng mga katangian ng mga sangkap na bumubuo nito? Gusto kong sagutin ang tanong na ito nang positibo, dahil mahirap isipin, sabihin, isang halo ng mga dielectric (halimbawa, sawdust at foam ball) na nagsasagawa ng electric current.

"Sa fairy tale lang ito nangyayari!" - susubukan ng first-grader na i-rehabilitate ang kanyang sarili, naaalala ang maraming mga mangkukulam at mangkukulam mula sa mga engkanto ng mga bata, na, sa pamamagitan ng paghahalo ng lahat ng uri ng fly agarics, mga binti ng palaka at mga pakpak ng paniki, nakatanggap ng mga magic powder, ang mga mahiwagang katangian kung saan, mahigpit na nagsasalita , ay hindi katangian ng fly agarics at mga binti ng palaka. Gayunpaman, nakakagulat, ang modernong agham ay nakakaalam ng mga halimbawa kung paano ang kumbinasyon ng medyo ordinaryong mga materyales ay ginagawang posible na lumikha ng mga bagay na ang mga katangian ay hindi lamang likas sa mga sangkap na ginamit, ngunit, sa prinsipyo, ay hindi matatagpuan sa kalikasan at, tulad ng tila. sa unang tingin, ay ipinagbabawal ng mga batas ng pisika. “Ito ay isang himala!” ang sasabihin ng unang baitang. "Hindi, ito ay mga metamaterial!" - tututol ang isang modernong siyentipiko. At pareho silang magiging tama sa kanilang sariling paraan, dahil mula sa punto ng pananaw ng klasikal na agham, ang mga metamaterial ay may kakayahang lumikha ng mga tunay na himala. Gayunpaman, ang proseso ng paglikha ng isang metamaterial ay katulad din ng magic, dahil Hindi sapat na paghaluin lamang ang mga bahagi ng isang metamaterial; dapat na maayos ang pagkakaayos ng mga ito.

Ang mga metamaterial ay mga pinagsama-samang materyales na ang mga katangian ay hindi natutukoy ng mga indibidwal na pisikal na katangian ng kanilang mga bahagi kundi sa pamamagitan ng kanilang microstructure. Ang terminong "metamaterial" ay kadalasang ginagamit sa mga composite na nagpapakita ng mga katangian na hindi katangian ng mga bagay na matatagpuan sa kalikasan.

Ang isa sa mga pinaka-mainit na pinagtatalunang uri ng mga metamaterial kamakailan ay ang mga bagay na may negatibong refractive index. Kilalang-kilala mula sa kursong pisika ng paaralan na ang refractive index ng medium ( n) ay isang dami na nagpapakita kung gaano karaming beses ang bilis ng phase ng electromagnetic radiation sa medium ( V) mas mababa kaysa sa bilis ng liwanag sa vacuum ( c): n=c/V. Ang refractive index ng vacuum ay katumbas ng 1 (na, sa katunayan, ay sumusunod mula sa kahulugan), samantalang para sa karamihan ng optical media ito ay mas malaki. Halimbawa, ang ordinaryong silicate glass ay may refractive index na 1.5, na nangangahulugan na ang ilaw ay kumakalat dito sa bilis na 1.5 beses na mas mababa kaysa sa isang vacuum. Mahalagang tandaan na depende sa wavelength ng electromagnetic radiation, ang halaga n maaaring mag-iba.

Kadalasan, ang refractive index ng isang materyal ay naaalala kapag isinasaalang-alang ang epekto ng light refraction sa interface sa pagitan ng dalawang optical media. Ang kababalaghang ito ay inilalarawan ng batas ni Snell:

n 1 sinα = n 2 sinβ,

kung saan ang α ay ang anggulo ng saklaw ng liwanag na nagmumula sa isang medium na may refractive index n 1, at ang β ay ang anggulo ng repraksyon ng liwanag sa isang medium na may refractive index n 2.

Para sa lahat ng media na matatagpuan sa kalikasan, ang mga sinag ng insidente at refracted na ilaw ay nasa magkabilang panig ng normal na naibalik sa interface sa pagitan ng media sa punto ng repraksyon (Fig. 1a). Gayunpaman, kung pormal nating papalitan ang n 2 sa batas ni Snell<0, реализуется ситуация, которая еще до недавнего времени казалась физикам абсурдной: лучи падающего и преломленного света находятся по одну сторону от нормали (Рис.1б).

Ang teoretikal na posibilidad ng pagkakaroon ng mga natatanging materyales na may negatibong refractive index ay itinuro ng Soviet physicist na si V. Veselago halos 40 taon na ang nakalilipas. Ang katotohanan ay ang refractive index ay nauugnay sa dalawang iba pang pangunahing katangian ng bagay, dielectric constant ε at magnetic permeability μ, sa pamamagitan ng isang simpleng relasyon: n 2 = ε·μ. Sa kabila ng katotohanan na ang equation na ito ay nasiyahan sa parehong positibo at negatibong mga halaga ng n, ang mga siyentipiko sa mahabang panahon ay tumanggi na maniwala sa pisikal na kahulugan ng huli - hanggang ipinakita ni Veselago na n< 0 в том случае, если одновременно ε < 0 и μ < 0.

Ang mga likas na materyales na may negatibong dielectric constant ay kilala - anumang metal sa mga frequency na mas mataas sa dalas ng plasma (kung saan ang metal ay nagiging transparent). Sa kasong ito 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 .

Kaya, ang mga system na may negatibong tugon sa parehong mga elektrikal at magnetic na bahagi ng electromagnetic radiation ay posible. Ang mga Amerikanong mananaliksik sa ilalim ng pamumuno ni David Smith ay ang unang pinagsama ang parehong mga sistema sa isang materyal noong 2000. Ang nilikhang metamaterial ay binubuo ng mga metal rod na responsable para sa ε< 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.

Mula sa pananaw ng pisika, ang mga metamaterial na may negatibong refractive index ay ang mga antipode ng mga kumbensyonal na materyales. Sa kaso ng isang negatibong refractive index, ang bilis ng phase ng electromagnetic radiation ay nababaligtad; ang Doppler shift ay nangyayari sa kabaligtaran na direksyon; Ang radiation ng Cherenkov mula sa isang gumagalaw na sisingilin na particle ay nangyayari hindi pasulong, ngunit paatras; nagiging divergent ang mga converging lens at vice versa... At ang lahat ng ito ay maliit na bahagi lamang ng mga kamangha-manghang phenomena na posible para sa mga metamaterial na may negatibong refractive index. Ang praktikal na paggamit ng naturang mga materyales ay, una sa lahat, na nauugnay sa posibilidad ng paglikha ng terahertz optika batay sa mga ito, na, naman, ay hahantong sa pag-unlad ng meteorology at oceanography, ang paglitaw ng mga radar na may mga bagong katangian at lahat ng panahon. mga tool sa pag-navigate, mga device para sa malayuang diagnostic ng kalidad ng mga piyesa at mga sistema ng kaligtasan na nagbibigay-daan sa iyong makakita ng mga armas sa ilalim ng damit, pati na rin ang mga natatanging kagamitang medikal.

Panitikan

D.R. Smith, W.J. Padilla, D.C. Vier, S.C. Nemat-Nasser, S. Schultz, Composite Medium na may Sabay-sabay na Negatibong Permeability at Permittivity, Mga Liham ng Pagsusuri sa Pisikal 84 (2000) 4184.