Përshkrimi i prezantimit sipas sllajdeve individuale:

1 rrëshqitje

Përshkrimi i rrëshqitjes:

Metamaterialet dhe nanoteknologjia Fizikanët kanë mësuar se si të bëjnë materiale me veti të mahnitshme. Fenomenet e reflektimit total të brendshëm të dritës në media transparente, që lindin në filma të hollë të materialeve të krijuara duke përdorur nanoteknologjinë, mund të përdoren për të kontrolluar lazer ultrashkurtër dhe impulse radio. Dhe veshjet e këtyre materialeve të aplikuara në një objekt mund ta bëjnë atë "të padukshëm".

2 rrëshqitje

Përshkrimi i rrëshqitjes:

Indeksi refraktiv negativ. Përthyerja e dritës në kufi me një material që ka një indeks thyes negativ. A. Në natyrë, kur kalon kufirin e dy mediave, një rreze që bie mbi të në mënyrë të pjerrët vazhdon gjithmonë lëvizjen e saj në drejtimin origjinal, vetëm në një kënd paksa të ndryshëm - më i madh ose më i vogël, në varësi të raportit të indekseve refraktive. B. Kur kalon një kufi me një metamaterial që ka një indeks thyes negativ, rrezja duket se "reflektohet" nga pingulja në pikën e kryqëzimit - domethënë, ajo vazhdon të lëvizë në metamaterial, por nëse bie nga lart majtas, do të shkojë më poshtë jo në të djathtë, por përsëri në të majtë.

3 rrëshqitje

Përshkrimi i rrëshqitjes:

Ligji i Snell-it: Nëse indeksi i thyerjes është negativ, atëherë rrezja thyhet në drejtimin tjetër

4 rrëshqitje

Përshkrimi i rrëshqitjes:

"E panatyrshme?" Nuk ka materiale me një indeks refraktiv negativ në natyrë, kështu që fotografitë që ilustrojnë funksionimin e mediave të tilla duken "të panatyrshme".

5 rrëshqitje

Përshkrimi i rrëshqitjes:

Është e nevojshme që elementët metamaterial të kenë një madhësi 10-100 nm (shumë më pak se gjatësia e valës).

6 rrëshqitje

Përshkrimi i rrëshqitjes:

Mikroskop optik Fizikanët nga Mançesteri dhe Singapori kanë projektuar një mikroskop optik me rezolucion rekord që mund të zgjidhë detajet e imazhit 50 nanometër. “Nanoskopi” i ri funksionon në të njëjtin parim, por nuk përdor metamateriale, të cilat zëvendësohen nga sfera të thjeshta transparente me një diametër prej disa mikrometrash, të bëra, për shembull, nga dioksidi i silikonit. Eksperimentet e kryera vërtetojnë bindshëm se vendosja e sferave të tilla në sipërfaqen e mostrave përmirëson ndjeshëm cilësinë e pamjeve.Diagrami dhe mikrografia e “rrjetës së peshkimit”,

7 rrëshqitje

Përshkrimi i rrëshqitjes:

Shkencëtarët kanë krijuar një "mantel të padukshëm" të ri. Është propozuar një dizajn i ri i një manteli padukshmërie: ai përbëhet nga cilindra qelqi dhe është në gjendje të "fsheh" një shufër metalike me një diametër prej 15 mikron. Sidoqoftë, do të jetë e mundur të fshiheni pas xhamit të tillë vetëm nga syri infra të kuq: padukshmëria në një gamë më të gjerë gjatësi vale nuk është arritur ende.

8 rrëshqitje

Përshkrimi i rrëshqitjes:

Kapela e padukshme Deri më tani, kapela e padukshme ka qenë ruajtja e shkrimtarëve të përrallave dhe fantashkencës. Sidoqoftë, kohët e fundit gjithçka ka ndryshuar, dhe kërkimi për "kapakun e padukshmërisë" është bërë një kalim kohe e preferuar e disa fizikanëve - një drejtim i ri premtues në shkencë. Një duo botimesh në Science and Nature përshkruajnë nanomateriale me shumicë në të cilat rrezet e dritës janë të përkulura në drejtimin "të gabuar" pa u zhytur deri në pikën ku asgjë nuk mbetet pas. Deri më tani, përthithja e fortë ka qenë një nga problemet kryesore.

Pra, katedralet e kristaleve supervitale
Dritë merimangë e ndërgjegjshme,
Zbërthimi i brinjëve, ato përsëri
Mblidhet në një pako të vetme.
O. Mandelstam

Problemi i fëmijëve "Cila është më e rëndë, një kilogram leshi pambuku apo një kilogram tallash hekuri?" vetëm se do të ngatërrojë një nxënës të klasës së parë me mendje të ngadaltë. Është shumë më interesante të spekulohet mbi temën: "Çfarë vetish do të ketë materiali që marrim nëse përziejmë me kujdes leshin e grirë imët pambuku dhe fijet e hekurit?" Është intuitivisht e qartë: për t'iu përgjigjur kësaj pyetjeje, duhet të mbani mend vetitë e hekurit dhe leshit të pambukut, pas së cilës mund të thoni me besim se materiali që rezulton ka shumë të ngjarë, për shembull, të reagojë ndaj pranisë së një magneti dhe uji. Megjithatë, a përcaktohen gjithmonë vetitë e një materiali shumëfazor vetëm nga vetitë e përbërësve që e formojnë atë? Unë do të doja t'i përgjigjem kësaj pyetjeje pozitivisht, sepse është e vështirë të imagjinohet, të themi, një përzierje e dielektrikëve (për shembull, topa tallash dhe shkumë) që përcjell rrymë elektrike.

"Kjo ndodh vetëm në përralla!" - nxënësi i klasës së parë do të përpiqet të rehabilitojë veten, duke kujtuar magjistarët dhe magjistarët e shumtë nga përrallat e fëmijëve, të cilët, duke përzier të gjitha llojet e agarikave të mizave, këmbët e bretkosës dhe krahët e lakuriqëve të natës, morën pluhur magjik, vetitë magjike të të cilave, në mënyrë rigoroze. , nuk janë karakteristikë për agarikët e mizave dhe këmbët e bretkosës. Sidoqoftë, çuditërisht, shkenca moderne njeh shembuj se si kombinimi i materialeve mjaft të zakonshme bën të mundur krijimin e objekteve, vetitë e të cilave jo vetëm që nuk janë të natyrshme në përbërësit e përdorur, por, në parim, nuk mund të gjenden në natyrë dhe, siç mund të duket. në shikim të parë, janë të ndaluara nga ligjet e fizikës. “Kjo është një mrekulli!” do të thotë nxënësi i klasës së parë. "Jo, këto janë metamateriale!" - do të kundërshtojë një shkencëtar modern. Dhe të dy do të kenë të drejtë në mënyrën e tyre, sepse nga pikëpamja e shkencës klasike, metamaterialet janë të afta të krijojnë mrekulli të vërteta. Sidoqoftë, procesi i krijimit të një metamateriali është gjithashtu i ngjashëm me magjinë, sepse Nuk mjafton thjesht përzierja e përbërësve të një metamateriali; ato duhet të jenë të strukturuara siç duhet.

Metamaterialet janë materiale të përbëra, vetitë e të cilave përcaktohen jo aq nga vetitë fizike individuale të përbërësve të tyre, sa nga mikrostruktura e tyre. Termi "metamteriale" përdoret veçanërisht shpesh për ato përbërës që shfaqin veti që nuk janë karakteristike për objektet që gjenden në natyrë.

Një nga llojet më të debatuara të metamaterialeve kohët e fundit janë objektet me një indeks refraktiv negativ. Dihet mirë nga kursi i fizikës shkollore se indeksi i thyerjes së mediumit ( n) është një sasi që tregon se sa herë është shpejtësia fazore e rrezatimit elektromagnetik në mjedis ( V) më pak se shpejtësia e dritës në vakum ( c): n=c/V. Indeksi i thyerjes së vakumit është i barabartë me 1 (që, në fakt, rrjedh nga përkufizimi), ndërsa për shumicën e mediave optike është më i madh. Për shembull, qelqi i zakonshëm silikat ka një indeks thyerjeje prej 1.5, që do të thotë se drita përhapet në të me një shpejtësi 1.5 herë më pak se në vakum. Është e rëndësishme të theksohet se në varësi të gjatësisë së valës së rrezatimit elektromagnetik, vlera n mund të ndryshojnë.

Më shpesh, indeksi i thyerjes së një materiali mbahet mend kur merret parasysh efekti i përthyerjes së dritës në ndërfaqen midis dy mediave optike. Ky fenomen përshkruhet nga ligji i Snell:

n 1 sinα = n 2 sinβ,

ku α është këndi i incidencës së dritës që vjen nga një mjedis me indeks thyes n 1, dhe β është këndi i thyerjes së dritës në një mjedis me indeks thyes n 2.

Për të gjitha mediat që mund të gjenden në natyrë, rrezet e rënies dhe të dritës së thyer janë në anët e kundërta të normales, të rikthyera në ndërfaqen midis mediave në pikën e thyerjes (Fig. 1a). Megjithatë, nëse e zëvendësojmë zyrtarisht n 2 në ligjin e Snell-it<0, реализуется ситуация, которая еще до недавнего времени казалась физикам абсурдной: лучи падающего и преломленного света находятся по одну сторону от нормали (Рис.1б).

Mundësinë teorike të ekzistencës së materialeve unike me indeks thyerjeje negative e vuri në dukje fizikani sovjetik V. Veselago gati 40 vjet më parë. Fakti është se indeksi i thyerjes lidhet me dy karakteristika të tjera themelore të materies, konstanten dielektrike ε dhe përshkueshmërinë magnetike μ, me një lidhje të thjeshtë: n 2 = ε·μ. Përkundër faktit se ky ekuacion plotësohet nga vlerat pozitive dhe negative të n, shkencëtarët për një kohë të gjatë refuzuan të besonin në kuptimin fizik të kësaj të fundit - derisa Veselago tregoi se n< 0 в том случае, если одновременно ε < 0 и μ < 0.

Materialet natyrore me një konstante dielektrike negative janë të njohura - çdo metal në frekuenca mbi frekuencën e plazmës (në të cilën metali bëhet transparent). Në këtë rast 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 .

Kështu, sistemet me një përgjigje negative ndaj komponentëve elektrikë dhe magnetikë të rrezatimit elektromagnetik janë të mundshme. Studiuesit amerikanë nën udhëheqjen e David Smith ishin të parët që kombinuan të dy sistemet në një material në vitin 2000. Metamateriali i krijuar përbëhej nga shufra metalike përgjegjëse për 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.

Nga pikëpamja e fizikës, metamaterialet me indeks refraktiv negativ janë antipodet e materialeve konvencionale. Në rastin e një indeksi thyes negativ, shpejtësia fazore e rrezatimit elektromagnetik është e kundërt; zhvendosja Doppler ndodh në drejtim të kundërt; Rrezatimi Cherenkov nga një grimcë e ngarkuar lëvizëse nuk ndodh përpara, por prapa; thjerrëzat konvergjente bëhen divergjente dhe anasjelltas... Dhe e gjithë kjo është vetëm një pjesë e vogël e atyre fenomeneve mahnitëse që janë të mundshme për metamaterialet me një indeks refraktiv negativ. Përdorimi praktik i materialeve të tilla shoqërohet, para së gjithash, me mundësinë e krijimit të optikës terahertz bazuar në to, e cila, nga ana tjetër, do të çojë në zhvillimin e meteorologjisë dhe oqeanografisë, shfaqjen e radarëve me veti të reja dhe të gjitha motit. mjete lundrimi, pajisje për diagnostikimin në distancë të cilësisë së pjesëve dhe sistemeve të sigurisë që ju lejojnë të zbuloni armë nën veshje, si dhe pajisje mjekësore unike.

Letërsia

D.R. Smith, W.J. Padilla, D.C. Vier, S.C. Nemat-Nasser, S. Schultz, Medium i përbërë me përshkueshmëri dhe lejueshmëri në të njëjtën kohë negative, Letrat e rishikimit fizik 84 (2000) 4184.

MOSKË,26 Shtator - RIA Novosti, Olga Kolentsova. Ndonjëherë arritjet e teknologjisë moderne mund të ngatërrohen me magji. Vetëm në vend të magjisë, shkenca ekzakte funksionon. Një nga fushat e kërkimit, rezultatet e së cilës mund të shërbejnë fare mirë si një ilustrim i vetive të "atributeve të përrallës", është zhvillimi dhe krijimi i metamaterialeve.

Nga pikëpamja e pastër fizike, metamaterialet janë struktura të formuara artificialisht dhe të ndërtuara posaçërisht që kanë veti elektromagnetike ose optike të paarritshme në natyrë.Këto të fundit nuk përcaktohen as nga karakteristikat e substancave përbërëse, përkatësisht struktura. Në fund të fundit, shtëpitë që janë të ngjashme në pamje mund të ndërtohen nga të njëjtat materiale, por njëri do të ketë një izolim tjetër të zërit, dhe në tjetrin do të dëgjoni edhe frymëmarrjen e fqinjit tuaj nga banesa përballë. Cili është sekreti? Vetëm në aftësinë e ndërtuesit për të menaxhuar fondet e ofruara.

Për momentin, shkencëtarët e materialeve kanë krijuar tashmë shumë struktura, vetitë e të cilave nuk gjenden në natyrë, megjithëse ato nuk shkojnë përtej kufijve të ligjeve fizike. Për shembull, një nga metamaterialet e krijuar mund të kontrollojë valët e zërit aq shkëlqyeshëm saqë ato mbajnë një top të vogël në ajër. Ai përbëhet nga dy grila të montuara duke përdorur tulla të mbushura me shufra termoplastike, të cilat janë të shtruara në një model "gjarpëri". Vala e zërit është e fokusuar si drita në një lente dhe studiuesit besojnë se kjo pajisje do t'i lejojë ata të zhvillojnë kontrollin e zërit në aftësinë për të ndryshuar drejtimin e tij, pasi ata tani ndryshojnë rrugën e një rreze drite duke përdorur optikën.

© Ilustrimi nga RIA Novosti. A. Polyanina

© Ilustrimi nga RIA Novosti. A. Polyanina

Një tjetër metamaterial mund të riorganizohet. Objekti është montuar prej tij pa ndihmën e duarve, sepse ndryshimi në formë mund të programohet! Struktura e një materiali të tillë "të zgjuar" përbëhet nga kube, secili mur i të cilit përbëhet nga dy shtresa të jashtme polietileni tereftalati dhe një shtresë e brendshme e shiritit ngjitës të dyanshëm. Ky dizajn ju lejon të ndryshoni formën, vëllimin dhe madje edhe ngurtësinë e një objekti.

Por vetitë më të mahnitshme janë ato të metamaterialeve optike, të cilat mund të ndryshojnë perceptimin vizual të realitetit. Ata "punojnë" në intervalin e gjatësisë së valës që syri i njeriut mund të shohë. Është nga materiale të tilla që shkencëtarët kanë krijuar një pëlhurë nga e cila mund të bëhet një mantel i padukshëm.

Vërtetë, deri më tani vetëm një mikro-objekt mund të bëhet i padukshëm në intervalin optik.

Mundësia e krijimit të një materiali me një kënd refraktiv negativ u parashikua në vitin 1967 nga fizikani sovjetik Viktor Veselago, por vetëm tani janë shfaqur shembujt e parë të strukturave reale me veti të tilla. Për shkak të këndit negativ të thyerjes, rrezet e dritës përkulen rreth një objekti, duke e bërë atë të padukshëm. Kështu, vëzhguesi vëren vetëm atë që po ndodh pas shpinës së personit që ka veshur mantelin "të mrekullueshëm".

© Foto: grupi Xiang Zhang, Berkeley Lab/UC Berkeley

© Foto: grupi Xiang Zhang, Berkeley Lab/UC Berkeley

Arritja e fundit në krijimin e metamaterialeve optike i përket shkencëtarëve rusë nga NUST MISIS. Për më tepër, u përdorën "përbërësit" më të zakonshëm - ajri, qelqi dhe uji. Puna e shkencëtarëve u botua në një nga revistat më të vlerësuara në botë, Scientific Reports. Shtepi botuese Natyra. "Çdo mostër e tillë mund të kushtojë mijëra euro," theksoi Alexey Basharin, një studiues në Laboratorin NUST MISIS të Metamaterialeve Superpërçues, Kandidat i Shkencave Teknike. — Përveç kësaj, probabiliteti i gabimit gjatë formimit të një sistemi të tillë është shumë i lartë edhe me përdorimin e mjeteve me precizion më të lartë.Megjithatë, nëse krijoni një material në shkallë më të madhe që përmban jo optik (400-700 nm), por radio. valët (7-8 cm të gjata), fizika e procesit Ky shkallëzim nuk do të ndryshojë, por teknologjia për krijimin e tyre do të bëhet më e thjeshtë."

Duke studiuar vetitë e strukturave të krijuara, autorët e punës treguan se kjo lloj lënde ka disa aplikime praktike, para së gjithash, këto janë sensorë të molekulave komplekse, pasi këto të fundit, kur hyjnë në fushën e metamaterialit, fillojnë të shkëlqim. Në këtë mënyrë, mund të përcaktohen edhe molekula të vetme, të cilat potencialisht mund të kenë një ndikim të rëndësishëm në zhvillimin, për shembull, shkencën e mjekësisë ligjore. Përveç kësaj, një metamaterial i tillë mund të përdoret si një filtër drite, duke izoluar dritën e një gjatësi të caktuar nga rrezatimi i rënë, gjithashtu është i zbatueshëm si bazë për krijimin e memories magnetike ultra të besueshme, sepse struktura e qelizave metamateriale i pengon ato nga duke e kthyer magnetizimin me njëri-tjetrin dhe duke humbur kështu informacionin.

Raporti i shpejtësisë së dritës Me në shpejtësinë vakum në fazë v dritë në mjedis:

thirrur indeksi absolut i thyerjes këtë mjedis.

ε - konstanta relative dielektrike,

μ - përshkueshmëria relative magnetike.

Për çdo medium tjetër përveç vakumit, vlera n varet nga frekuenca e dritës dhe gjendja e mediumit (temperatura, dendësia e tij, etj.). Për mjedise të rralluara (për shembull, gazra në kushte normale).

Më shpesh, indeksi i thyerjes së një materiali mbahet mend kur merret parasysh efekti i përthyerjes së dritës në ndërfaqen midis dy mediave optike.

Ky fenomen është përshkruar Ligji i Snell-it:

ku α është këndi i rënies së dritës që vjen nga një mjedis me një indeks thyerjeje n 1, dhe β është këndi i përthyerjes së dritës në një mjedis me një indeks thyerjeje n 2.

Për të gjitha mediat që mund të gjenden në natyrë, rrezet e rënies dhe të dritës së përthyer janë në anët e kundërta të normales, të rikthyera në ndërfaqen midis mediave në pikën e thyerjes. Megjithatë, nëse e zëvendësojmë zyrtarisht në ligjin e Snell-it n 2<0 , realizohet situata e mëposhtme: rrezet e rënies dhe të dritës së thyer janë në njërën anë të normales.

Mundësinë teorike të ekzistencës së materialeve unike me indeks thyerjeje negative e vuri në dukje fizikani sovjetik V. Veselago gati 40 vjet më parë. Fakti është se indeksi i thyerjes lidhet me dy karakteristika të tjera themelore të materies, konstantën dielektrike ε dhe përshkueshmëria magnetike μ , me një lidhje të thjeshtë: n 2 = ε·μ. Përkundër faktit se ky ekuacion plotësohet nga vlerat pozitive dhe negative të n-së, shkencëtarët për një kohë të gjatë refuzuan të besonin në kuptimin fizik të kësaj të fundit - derisa Veselago tregoi se n< 0 në rast se në të njëjtën kohë ε < 0 Dhe μ < 0 .

Materialet natyrore me një konstante dielektrike negative janë të njohura - çdo metal në frekuenca mbi frekuencën e plazmës (në të cilën metali bëhet transparent). Në këtë rast ε < 0 arrihet për faktin se elektronet e lira në metal mbrojnë fushën e jashtme elektromagnetike. Është shumë më e vështirë të krijosh material me të μ < 0 , materiale të tilla nuk ekzistojnë në natyrë.

U deshën 30 vjet përpara se shkencëtari anglez John Pendry të tregonte në 1999 se përshkueshmëria magnetike negative mund të fitohej për një unazë përçuese me një hendek. Nëse vendosni një unazë të tillë në një fushë magnetike alternative, një rrymë elektrike do të lindë në unazë dhe një shkarkesë harku do të shfaqet në hendek. Meqenëse induktiviteti mund t'i atribuohet një unaze metalike L, dhe hendeku korrespondon me kapacitetin efektiv ME, sistemi mund të konsiderohet si qarku më i thjeshtë oscilues me një frekuencë rezonante ω 0 ~ 1/(LC) -1/2. Në këtë rast, sistemi krijon fushën e tij magnetike, e cila do të jetë pozitive në frekuencat e fushës magnetike alternative. ω < ω 0 dhe negative në ω > ω 0 .

Kështu, sistemet me një përgjigje negative ndaj komponentëve elektrikë dhe magnetikë të rrezatimit elektromagnetik janë të mundshme. Studiuesit amerikanë nën udhëheqjen e David Smith ishin të parët që kombinuan të dy sistemet në një material në vitin 2000. Metamateriali i krijuar përbëhej nga shufra metalike përgjegjëse për ε < 0 , dhe rezonatorët e unazave të bakrit, falë të cilave u arrit të arriheshin μ < 0 .

Pa dyshim, një strukturë e tillë vështirë se mund të quhet material në kuptimin tradicional të fjalës, pasi përbëhet nga objekte individuale makroskopike. Ndërkohë, kjo strukturë është “optimizuar” për rrezatim mikrovalor, gjatësia e valës së të cilit është dukshëm më e madhe se elementet strukturore individuale të metamaterialit. Prandaj, nga pikëpamja e mikrovalëve, kjo e fundit është gjithashtu homogjene, si, për shembull, xhami optik për dritën e dukshme. Duke reduktuar në mënyrë të njëpasnjëshme madhësinë e elementeve strukturorë, është e mundur të krijohen metamateriale me një indeks thyes negativ për intervalet spektrale terahertz (nga 300 GHz në 3 THz) dhe infra të kuqe (nga 1.5 THz në 400 THz). Shkencëtarët presin që, falë arritjeve të nanoteknologjisë moderne, në të ardhmen shumë të afërt të krijohen metamateriale për gamën e dukshme të spektrit.

Përdorimi praktik i materialeve të tilla shoqërohet, para së gjithash, me mundësinë e krijimit të optikës terahertz bazuar në to, e cila, nga ana tjetër, do të çojë në zhvillimin e meteorologjisë dhe oqeanografisë, shfaqjen e radarëve me veti të reja dhe të gjitha motit. mjete lundrimi, pajisje për diagnostikimin në distancë të cilësisë së pjesëve dhe sistemeve të sigurisë që ju lejojnë të zbuloni armët nën veshje, si dhe pajisje mjekësore unike.

Vetitë

Kalimi i dritës përmes një metamateriali me një indeks refraktiv "të majtë".

Një nga vetitë e mundshme të metamaterialeve është një indeks refraktiv negativ (ose i majtë), i cili shfaqet kur lejueshmëria dhe përshkueshmëria magnetike janë njëkohësisht negative.

Bazat e efektit

Ekuacioni për përhapjen e valëve elektromagnetike në një mjedis izotropik ka formën:

Ku k (\displaystyle k)- vektor i valës, ω (\displaystyle \omega)- frekuenca e valës, c (\displaystyle c)- shpejtësia e dritës, n 2 = ϵ μ (\displaystyle n^(2)=\epsilon \mu )- katrori i indeksit të thyerjes. Nga këto ekuacione është e qartë se ndryshimi i njëkohshëm i shenjave dielektrike dhe magnetike μ (\displaystyle \mu) përshkueshmëria e mediumit nuk do të ndikojë në asnjë mënyrë në këto marrëdhënie.

Media izotropike "e djathta" dhe "e majte".

Ekuacioni (1) është nxjerrë bazuar në teorinë e Maksuellit. Për media me dielektrikë ϵ (\displaystyle \epsilon) dhe magnetike μ (\displaystyle \mu) ndjeshmëria e mediumit është njëkohësisht pozitive, tre vektorë të fushës elektromagnetike - elektrike dhe magnetike dhe valë formojnë të ashtuquajturin sistem. vektorët e duhur:

Prandaj, mjedise të tilla quhen "të krahut të djathtë".

Mjediset që ϵ (\displaystyle \epsilon), μ (\displaystyle \mu)- në të njëjtën kohë negative, e quajtur "majtas". Në media të tilla, elektrike E → (\displaystyle (\vec (E))), magnetike H → (\displaystyle (\vec (H))) dhe vektori i valës k → (\displaystyle (\vec (k))) formojnë një sistem vektorësh të majtë.

Në literaturën në gjuhën angleze, materialet e përshkruara mund të quhen materiale të dorës së djathtë dhe të majtë, ose të shkurtuara si RHM (djathtas) dhe LHM (majtas), respektivisht.

Transferimi i energjisë nga valët e djathta dhe të majta

Fluksi i energjisë që bartet nga vala përcaktohet nga vektori Poynting, i cili është i barabartë me S → = (c / 4 π) [ E → H → ] (\style ekrani (\vec (S))=(c/4\pi)\majtas[(\vec (E))(\vec (H)) \djathtas]). Vektor S → (\displaystyle (\vec (S))) gjithmonë formon me vektorë E → (\displaystyle (\vec (E))), H → (\displaystyle (\vec (H))) djathtas tre. Kështu, për substancat e djathta S → (\displaystyle (\vec (S))) Dhe k → (\displaystyle (\vec (k))) drejtuar në një drejtim, dhe për të majtën - në drejtime të ndryshme. Që nga vektori k → (\displaystyle (\vec (k))) përkon në drejtim me shpejtësinë fazore, është e qartë se substancat e majta janë substanca me të ashtuquajturën shpejtësi fazore negative. Me fjalë të tjera, në substancat me dorën e majtë, shpejtësia e fazës është e kundërt me rrjedhën e energjisë. Në substanca të tilla, për shembull, vërehet një efekt Doppler i kundërt dhe valë prapa.

Dispersion mesatar i majtë

Ekzistenca e një treguesi negativ të një mediumi është e mundur nëse ka shpërndarje frekuence. Nëse në të njëjtën kohë ϵ < 0 {\displaystyle \epsilon <0} , μ < 0 {\displaystyle \mu <0} , pastaj energjia e valës W = ϵ E 2 + μ H 2 (\displaystyle W=\epsilon E^(2)+\mu H^(2)) do të jetë negative(!). Mënyra e vetme për të shmangur këtë kontradiktë është nëse mediumi ka shpërndarje frekuence ∂ ϵ / ∂ ω (\displaystyle \partial \epsilon /\partial \omega) Dhe ∂ μ / ∂ ω (\displaystyle \partial \mu /\partial \omega).

Shembuj të përhapjes së valës në një medium me dorën e majtë