Taqdimotning individual slaydlar bo'yicha tavsifi:

1 slayd

Slayd tavsifi:

Metamateriallar va nanotexnologiya Fiziklar ajoyib xususiyatlarga ega materiallarni qanday yasashni o'rgandilar. Nanotexnologiya yordamida yaratilgan materiallarning yupqa plyonkalarida paydo bo'ladigan shaffof muhitda yorug'likning to'liq ichki aks etishi hodisalari ultraqisqa lazer va radio impulslarini boshqarish uchun ishlatilishi mumkin. Va bu materiallarning ob'ektga qo'llaniladigan qoplamalari uni "ko'rinmas" qilishlari mumkin.

2 slayd

Slayd tavsifi:

Salbiy sinishi indeksi. Yorug'likning salbiy sindirish ko'rsatkichiga ega bo'lgan material bilan chegarasida sinishi. A. Tabiatda ikkita muhit chegarasini kesib o'tganda, unga tushgan nur har doim o'z harakatini dastlabki yo'nalishda, faqat bir oz boshqacha burchak ostida - sinishi ko'rsatkichlari nisbatiga qarab katta yoki kichikroq davom ettiradi. B. Manfiy sindirish ko'rsatkichiga ega bo'lgan metamaterial bilan chegarani kesib o'tganda, nur kesishish nuqtasida perpendikulyardan "akslangan" ko'rinadi - ya'ni metamaterialga o'tishda davom etadi, lekin agar u yuqoridan tushib ketgan bo'lsa. chapga, u o'ngga emas, balki chapga yana pastga tushadi.

3 slayd

Slayd tavsifi:

Snell qonuni: Agar sinishi ko'rsatkichi manfiy bo'lsa, nur boshqa yo'nalishda sinadi.

4 slayd

Slayd tavsifi:

"G'ayritabiiymi?" Tabiatda salbiy sinishi indeksiga ega materiallar yo'q, shuning uchun bunday vositalarning ishlashini aks ettiruvchi rasmlar "g'ayritabiiy" ko'rinadi.

5 slayd

Slayd tavsifi:

Metamaterial elementlarning o'lchami 10-100 nm (to'lqin uzunligidan ancha kam) bo'lishi kerak.

6 slayd

Slayd tavsifi:

Optik mikroskop Manchester va Singapurlik fiziklar 50 nanometrli tasvir tafsilotlarini hal qila oladigan rekord darajadagi rezolyutsiyaga ega optik mikroskopni ishlab chiqdilar. Yangi "nanoskop" xuddi shu printsip asosida ishlaydi, lekin metamateriallardan foydalanmaydi, ular diametri bir necha mikrometrli oddiy shaffof sharlar bilan almashtiriladi, masalan, silikon dioksiddan. O'tkazilgan tajribalar namunalar yuzasiga bunday sharlarni joylashtirish tasvir sifatini sezilarli darajada yaxshilashini ishonchli isbotlaydi."Baliq ovlash to'ri" diagrammasi va mikrografisi

7 slayd

Slayd tavsifi:

Olimlar yangi “ko‘rinmas plash”ni yaratdilar.Ko‘rinmas plashning yangi dizayni taklif qilindi: u shisha tsilindrlardan iborat va diametri 15 mikron bo‘lgan metall tayoqchani “yashirish”ga qodir. Biroq, bunday oynaning orqasida faqat infraqizil ko'zdan yashirish mumkin bo'ladi: to'lqin uzunliklarining kengroq diapazonida ko'rinmaslik hali erishilmagan.

8 slayd

Slayd tavsifi:

Ko'rinmas qalpoq Hozirgacha ko'rinmas shlyapa ertaklar va fantast yozuvchilarning saqlanishi bo'lib kelgan. Biroq, yaqinda hamma narsa o'zgardi va "ko'rinmaslik qopqog'ini" qidirish ba'zi fiziklarning sevimli mashg'ulotiga aylandi - fanning yangi istiqbolli yo'nalishi. “Science and Nature” jurnalidagi nashrlar dueti yorug‘lik nurlari “noto‘g‘ri” yo‘nalishda egilib, hech narsa qolmaydigan darajada so‘rilib ketadigan katta hajmdagi nanomateriallarni tasvirlaydi. Hozirgacha kuchli so'rilish asosiy muammolardan biri bo'lib kelgan.

Shunday qilib, hayotiy kristallarning soborlari
Vijdonli o'rgimchak nuri,
Qovurg'alarni ochish, ularni yana
Bitta to'plamga yig'iladi.
O. Mandelstam

Bolalar muammosi "Qaysi biri og'irroq, bir kilogramm paxta yoki bir kilogramm temir chig'anoqmi?" faqat sekin aqlli birinchi sinf o'quvchisini chalg'itadi. Mavzu bo'yicha mulohaza yuritish ancha qiziqroq: "Agar biz mayda maydalangan paxta va temir chig'anoqlarini ehtiyotkorlik bilan aralashtirsak, biz oladigan material qanday xususiyatlarga ega bo'ladi?" Bu intuitiv ravishda aniq: bu savolga javob berish uchun siz temir va paxta momig'ining xususiyatlarini eslab qolishingiz kerak, shundan so'ng siz ishonch bilan aytishingiz mumkinki, natijada olingan material, masalan, magnit va suv mavjudligiga ta'sir qiladi. Biroq, ko'p fazali materialning xususiyatlari har doim faqat uni tashkil etuvchi komponentlarning xususiyatlari bilan belgilanadimi? Men bu savolga ijobiy javob bermoqchiman, chunki elektr tokini o'tkazadigan dielektriklarning (masalan, talaş va ko'pikli sharlar) aralashmasini tasavvur qilish qiyin.

"Bu faqat ertaklarda sodir bo'ladi!" - birinchi sinf o'quvchisi bolalar ertaklaridagi ko'plab sehrgarlar va sehrgarlarni eslab, o'zini tiklashga harakat qiladi, ular har xil pashshalar, qurbaqa oyoqlari va ko'rshapalak qanotlarini aralashtirib, sehrli kukunlarni oladilar, ularning sehrli xususiyatlari, aniq aytganda. , chivin agariklari va qurbaqa oyoqlariga xos emas. Biroq, ajablanarlisi shundaki, zamonaviy fan juda oddiy materiallarning kombinatsiyasi xususiyatlari nafaqat ishlatiladigan tarkibiy qismlarga xos bo'lmagan, balki tabiatda topilmaydigan va tuyulishi mumkin bo'lgan ob'ektlarni yaratishga imkon beradigan misollarni biladi. birinchi qarashda , fizika qonunlari bilan taqiqlangan. "Bu mo''jiza!" - deydi birinchi sinf o'quvchisi. "Yo'q, bu metamateriallar!" - zamonaviy olim e'tiroz bildiradi. Va ikkalasi ham o'ziga xos tarzda to'g'ri bo'ladi, chunki klassik fan nuqtai nazaridan metamateriallar haqiqiy mo''jizalarni yaratishga qodir. Biroq, metamaterialni yaratish jarayoni ham sehrga o'xshaydi, chunki Metamaterialning tarkibiy qismlarini shunchaki aralashtirish etarli emas, ular to'g'ri tuzilgan bo'lishi kerak.

Metamateriallar - bu kompozitsion materiallar bo'lib, ularning xususiyatlari ularning tarkibiy qismlarining individual fizik xususiyatlari bilan emas, balki ularning mikro tuzilishi bilan belgilanadi. "Metamateriallar" atamasi, ayniqsa, tabiatda topilgan ob'ektlarga xos bo'lmagan xususiyatlarni ko'rsatadigan kompozitsiyalarga nisbatan qo'llaniladi.

So'nggi paytlarda eng qizg'in muhokama qilinadigan metamaterial turlaridan biri bu salbiy sinishi indeksiga ega ob'ektlardir. Maktab fizikasi kursidan ma'lumki, muhitning sindirish ko'rsatkichi ( n) - muhitdagi elektromagnit nurlanishning faza tezligining necha martaligini ko'rsatadigan miqdor ( V) vakuumdagi yorug'lik tezligidan kamroq ( c): n=c/V. Vakuumning sindirish ko'rsatkichi 1 ga teng (aslida bu ta'rifdan kelib chiqadi), aksariyat optik vositalar uchun esa bu kattaroqdir. Masalan, oddiy silikat oynaning sindirish ko'rsatkichi 1,5 ga teng, ya'ni unda yorug'lik vakuumdagiga qaraganda 1,5 marta kamroq tezlikda tarqaladi. Shuni ta'kidlash kerakki, elektromagnit nurlanishning to'lqin uzunligiga qarab, qiymat n farq qilishi mumkin.

Ko'pincha materialning sinishi ko'rsatkichi ikkita optik vosita orasidagi interfeysda yorug'lik sinishi ta'sirini hisobga olgan holda esga olinadi. Bu hodisa Snell qonuni bilan tavsiflanadi:

n 1 sina = n 2 sinb,

Bu yerda a - sindirish ko'rsatkichi n 1 bo'lgan muhitdan kelayotgan yorug'likning tushish burchagi, b - sinish ko'rsatkichi n 2 bo'lgan muhitdagi yorug'likning sinish burchagi.

Tabiatda topilishi mumkin bo'lgan barcha muhitlar uchun tushayotgan va singan yorug'lik nurlari sinish nuqtasida muhitlar orasidagi interfeysga qayta tiklangan normalning qarama-qarshi tomonlarida joylashgan (1a-rasm). Biroq, Snell qonuniga rasman n 2 ni almashtirsak<0, реализуется ситуация, которая еще до недавнего времени казалась физикам абсурдной: лучи падающего и преломленного света находятся по одну сторону от нормали (Рис.1б).

Salbiy sindirish ko'rsatkichiga ega bo'lgan noyob materiallar mavjudligining nazariy imkoniyati deyarli 40 yil oldin sovet fizigi V. Veselago tomonidan ta'kidlangan. Gap shundaki, sindirish ko'rsatkichi moddaning yana ikkita asosiy xarakteristikasi, dielektrik o'tkazuvchanligi e va magnit o'tkazuvchanligi m bilan oddiy bog'liqlik bilan bog'liq: n 2 = e·m. Ushbu tenglama n ning ijobiy va salbiy qiymatlari bilan qanoatlantirilishiga qaramay, olimlar uzoq vaqt davomida ikkinchisining jismoniy ma'nosiga ishonishdan bosh tortdilar - Veselago n ekanligini ko'rsatmaguncha.< 0 в том случае, если одновременно ε < 0 и μ < 0.

Salbiy dielektrik o'tkazuvchanligi bo'lgan tabiiy materiallar yaxshi ma'lum - plazma chastotasidan yuqori chastotalarda har qanday metall (metall shaffof bo'ladi). Bu holda e< 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 .

Shunday qilib, elektromagnit nurlanishning elektr va magnit komponentlariga salbiy javob beradigan tizimlar mumkin. Devid Smit boshchiligidagi amerikalik tadqiqotchilar 2000 yilda birinchi bo'lib ikkala tizimni bitta materialda birlashtirdilar. Yaratilgan metamaterial e uchun mas'ul bo'lgan metall tayoqlardan iborat edi< 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.

Fizika nuqtai nazaridan, salbiy sinishi indeksiga ega bo'lgan metamateriallar an'anaviy materiallarning antipodlari hisoblanadi. Salbiy sindirish ko'rsatkichi bo'lsa, elektromagnit nurlanishning faza tezligi teskari bo'ladi; Doppler siljishi teskari yo'nalishda sodir bo'ladi; Harakatlanuvchi zaryadlangan zarrachadan Cherenkov nurlanishi oldinga emas, balki orqaga qarab sodir bo'ladi; konvergent linzalar divergent bo'lib qoladi va aksincha ... Va bularning barchasi salbiy sinishi indeksiga ega bo'lgan metamateriallar uchun mumkin bo'lgan ajoyib hodisalarning faqat kichik bir qismidir. Bunday materiallardan amaliy foydalanish, birinchi navbatda, ular asosida teragerts optikasini yaratish imkoniyati bilan bog'liq bo'lib, bu, o'z navbatida, meteorologiya va okeanografiyaning rivojlanishiga, yangi xususiyatlarga ega va har qanday ob-havoga ega radarlarning paydo bo'lishiga olib keladi. navigatsiya asboblari, qismlar sifatini masofaviy diagnostika qilish uchun asboblar va kiyim ostidagi qurollarni aniqlash imkonini beruvchi xavfsizlik tizimlari, shuningdek noyob tibbiy asboblar.

Adabiyot

D.R. Smit, W.J. Padilla, D.C. Vier, S.C. Ne'mat-Nasser, S. Shults, bir vaqtning o'zida salbiy o'tkazuvchanlik va o'tkazuvchanlikka ega bo'lgan kompozit vosita, 84-sonli ko'rib chiqish xatlari (2000) 4184.

MOSKVA,26 Sentabr - RIA Novosti, Olga Kolentsova. Ba'zida zamonaviy texnologiyalarning yutuqlari sehr bilan adashishi mumkin. Faqat sehr o'rniga aniq fan ishlaydi. Tadqiqot yo'nalishlaridan biri, natijalari "ertak atributlari" xususiyatlarining illyustratsiyasi sifatida xizmat qilishi mumkin bo'lgan bu metamateriallarni ishlab chiqish va yaratishdir.

Sof jismoniy nuqtai nazardan qaraganda, metamateriallar sun'iy ravishda shakllangan va tabiatda erishib bo'lmaydigan elektromagnit yoki optik xususiyatlarga ega bo'lgan maxsus qurilgan tuzilmalardir.Ikkinchisi hatto ularni tashkil etuvchi moddalarning xususiyatlari, ya'ni tuzilishi bilan ham belgilanmaydi.Axir, uylar. tashqi ko'rinishiga o'xshash bir xil materiallardan qurilishi mumkin, lekin bittasida boshqa ovoz o'tkazmaydigan bo'ladi, boshqasida esa qarama-qarshi kvartiradan qo'shningizning nafas olishini eshitasiz. Buning siri nimada? Faqatgina quruvchining taqdim etilgan mablag'larni boshqarish qobiliyatida.

Hozirgi vaqtda materialshunoslar tabiatda mavjud bo'lmagan ko'plab tuzilmalarni yaratdilar, garchi ular fizik qonunlar chegarasidan tashqariga chiqmasalar ham. Misol uchun, yaratilgan metamateriallardan biri tovush to'lqinlarini shu qadar ajoyib tarzda boshqara oladiki, ular havoda kichik to'pni ushlab turadi. U termoplastik novdalar bilan to'ldirilgan g'ishtlar yordamida yig'ilgan ikkita panjaradan iborat bo'lib, ular "ilon" shaklida yotqizilgan. Ovoz to'lqini linzalardagi yorug'lik kabi fokuslanadi va tadqiqotchilarning fikricha, bu qurilma ularga ovozni boshqarishni uning yo'nalishini o'zgartirish qobiliyatiga qadar rivojlantirish imkonini beradi, chunki ular endi optika yordamida yorug'lik nurining yo'lini o'zgartiradilar.

© RIA Novosti tomonidan suratga olingan. A. Polyanina

© RIA Novosti tomonidan suratga olingan. A. Polyanina

Boshqa metamaterial o'zini qayta tashkil qilishi mumkin. Ob'ekt undan qo'llar yordamisiz yig'iladi, chunki shakl o'zgarishini dasturlash mumkin! Bunday "aqlli" materialning tuzilishi kublardan iborat bo'lib, ularning har bir devori polietilen tereftalatning ikkita tashqi qatlamidan va bir ichki qatlamli ikki tomonlama yopishqoq lentadan iborat. Ushbu dizayn ob'ektning shakli, hajmi va hatto qattiqligini o'zgartirishga imkon beradi.

Ammo eng hayratlanarli xususiyatlar optik metamateriallardir, ular haqiqatning vizual idrokini o'zgartirishi mumkin. Ular inson ko'zi ko'radigan to'lqin uzunligi oralig'ida "ishlaydi". Aynan shunday materiallardan olimlar ko'rinmas plash yasash mumkin bo'lgan mato yaratdilar.

To'g'ri, hozirgacha faqat mikro-ob'ektni optik diapazonda ko'rinmas holga keltirish mumkin.

Manfiy sinishi burchagi bo'lgan materialni yaratish imkoniyati 1967 yilda sovet fizigi Viktor Veselago tomonidan bashorat qilingan, ammo hozirgina bunday xususiyatlarga ega bo'lgan haqiqiy tuzilmalarning birinchi namunalari paydo bo'ldi. Salbiy sinishi burchagi tufayli, yorug'lik nurlari ob'ekt atrofida egilib, uni ko'rinmas qiladi. Shunday qilib, kuzatuvchi faqat "ajoyib" plash kiygan odamning orqasida nima sodir bo'layotganini sezadi.

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

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

Optik metamateriallarni yaratish bo'yicha so'nggi yutuq NUST MISIS rus olimlariga tegishli. Bundan tashqari, eng keng tarqalgan "ingrediyentlar" ishlatilgan - havo, shisha va suv. Olimlarning ishi dunyodagi eng yuqori reytingli jurnallardan biri – Scientific Reportsda chop etilgan. nashriyot uyi Tabiat. "Har bir bunday namuna minglab evroga tushishi mumkin", deb ta'kidladi Aleksey Basharin, NUST MISIS Supero'tkazuvchi metamateriallar laboratoriyasining tadqiqotchisi, texnika fanlari nomzodi. — Bundan tashqari, bunday tizimni shakllantirishda xatolik ehtimoli eng yuqori aniqlikdagi asboblardan foydalanganda ham juda yuqori.Biroq, agar siz optik (400-700 nm) emas, balki radioni o'z ichiga olgan katta hajmdagi materialni yaratsangiz. to'lqinlar (uzunligi 7-8 sm), jarayonning fizikasi Bu masshtab o'zgarmaydi, lekin ularni yaratish texnologiyasi soddalashadi."

Yaratilgan tuzilmalarning xususiyatlarini o'rganish orqali ish mualliflari ushbu turdagi moddalarning bir nechta amaliy qo'llanilishini ko'rsatdilar.Birinchi navbatda, bu murakkab molekulalarning sensorlari, chunki ikkinchisi, metamaterial maydoniga kirayotganda, . porlash. Shu tarzda, masalan, sud-tibbiyot fanining rivojlanishiga sezilarli ta'sir ko'rsatishi mumkin bo'lgan yagona molekulalarni aniqlash mumkin. Bundan tashqari, bunday metamaterial ma'lum uzunlikdagi yorug'likni tushayotgan nurlanishdan ajratuvchi yorug'lik filtri sifatida ishlatilishi mumkin.U ultra-ishonchli magnit xotirani yaratish uchun asos sifatida ham qo'llaniladi, chunki metamaterial hujayralarning tuzilishi ularga to'sqinlik qiladi. magnitlanishni bir-biriga qaytarish va shu bilan ma'lumotni yo'qotish.

Yorug'lik tezligi nisbati Bilan vakuumda fazali tezlikda v atrof-muhitdagi yorug'lik:

chaqirdi absolyut sinishi indeksi bu muhit.

ε - nisbiy dielektrik doimiy,

μ - nisbiy magnit o'tkazuvchanligi.

Vakuumdan boshqa har qanday vosita uchun qiymat n yorug'lik chastotasi va muhit holatiga (uning harorati, zichligi va boshqalar) bog'liq. Noyob muhitlar uchun (masalan, normal sharoitda gazlar).

Ko'pincha materialning sinishi ko'rsatkichi ikkita optik vosita orasidagi interfeysda yorug'lik sinishi ta'sirini hisobga olgan holda esga olinadi.

Ushbu hodisa tasvirlangan Snell qonuni:

bu yerda a - sindirish ko'rsatkichiga ega bo'lgan muhitdan kelayotgan yorug'likning tushish burchagi n 1, va b - sindirish ko'rsatkichi bo'lgan muhitda yorug'likning sinish burchagi n 2.

Tabiatda topilishi mumkin bo'lgan barcha muhitlar uchun tushayotgan va singan yorug'lik nurlari sinish nuqtasida muhitlar orasidagi interfeysga qayta tiklangan normalning qarama-qarshi tomonlarida joylashgan. Biroq, agar biz Snell qonunini rasmiy ravishda almashtirsak n 2<0 , quyidagi holat amalga oshiriladi: tushayotgan va singan yorug'lik nurlari normalning bir tomonida.

Salbiy sindirish ko'rsatkichiga ega bo'lgan noyob materiallar mavjudligining nazariy imkoniyati deyarli 40 yil oldin sovet fizigi V. Veselago tomonidan ta'kidlangan. Gap shundaki, sindirish ko'rsatkichi moddaning yana ikkita asosiy xarakteristikasi, dielektrik o'tkazuvchanligi bilan bog'liq ε va magnit o'tkazuvchanligi μ , oddiy munosabat bilan: n 2 = e·m. Ushbu tenglama n ning ijobiy va salbiy qiymatlari bilan qanoatlantirilishiga qaramay, olimlar uzoq vaqt davomida ikkinchisining jismoniy ma'nosiga ishonishdan bosh tortdilar - Veselago buni ko'rsatmaguncha. n< 0 bir vaqtning o'zida bo'lgan taqdirda ε < 0 Va μ < 0 .

Salbiy dielektrik o'tkazuvchanligi bo'lgan tabiiy materiallar yaxshi ma'lum - plazma chastotasidan yuqori chastotalarda har qanday metall (metall shaffof bo'ladi). Ushbu holatda ε < 0 metalldagi erkin elektronlar tashqi elektromagnit maydonni himoya qilishi tufayli erishiladi. U bilan material yaratish ancha qiyin μ < 0 , bunday materiallar tabiatda mavjud emas.

Ingliz olimi Jon Pendri 1999 yilda bo'shliqqa ega bo'lgan o'tkazuvchan halqa uchun salbiy magnit o'tkazuvchanlikni olish mumkinligini ko'rsatgunga qadar 30 yil kerak bo'ldi. Agar siz bunday halqani o'zgaruvchan magnit maydonga qo'ysangiz, halqada elektr toki paydo bo'ladi va bo'shliqda yoy zaryadsizlanishi paydo bo'ladi. Chunki indüktans metall halqaga bog'lanishi mumkin L, va bo'shliq samarali sig'imga to'g'ri keladi BILAN, tizimni rezonans chastotali oddiy tebranish sxemasi deb hisoblash mumkin ō 0 ~ 1/(LC) -1/2. Bunday holda, tizim o'zgaruvchan magnit maydon chastotalarida ijobiy bo'lgan o'zining magnit maydonini yaratadi. ω < ω 0 va salbiy da ω > ω 0 .

Shunday qilib, elektromagnit nurlanishning elektr va magnit komponentlariga salbiy javob beradigan tizimlar mumkin. Devid Smit boshchiligidagi amerikalik tadqiqotchilar 2000 yilda birinchi bo'lib ikkala tizimni bitta materialda birlashtirdilar. Yaratilgan metamaterial mas'ul bo'lgan metall tayoqlardan iborat edi ε < 0 , va mis halqali rezonatorlar, buning yordamida erishish mumkin edi μ < 0 .

Shubhasiz, bunday tuzilmani so'zning an'anaviy ma'nosida material deb atash qiyin, chunki u alohida makroskopik ob'ektlardan iborat. Ayni paytda, bu struktura mikroto'lqinli radiatsiya uchun "optimallashtirilgan" bo'lib, uning to'lqin uzunligi metamaterialning alohida strukturaviy elementlaridan sezilarli darajada uzunroqdir. Shuning uchun, mikroto'lqinli pechlar nuqtai nazaridan, ikkinchisi ham bir hil, masalan, ko'rinadigan yorug'lik uchun optik shisha kabi. Strukturaviy elementlarning hajmini ketma-ket kamaytirish orqali terahertz (300 GGs dan 3 TGs gacha) va infraqizil (1,5 GGs dan 400 TGs gacha) spektr diapazonlari uchun salbiy sinishi indeksiga ega bo'lgan metamateriallarni yaratish mumkin. Olimlar zamonaviy nanotexnologiya yutuqlari tufayli yaqin kelajakda spektrning ko'rinadigan diapazoni uchun metamateriallar yaratilishini kutishmoqda.

Bunday materiallardan amaliy foydalanish, birinchi navbatda, ular asosida teragerts optikasini yaratish imkoniyati bilan bog'liq bo'lib, bu, o'z navbatida, meteorologiya va okeanografiyaning rivojlanishiga, yangi xususiyatlarga ega va har qanday ob-havoga ega radarlarning paydo bo'lishiga olib keladi. navigatsiya asboblari, qismlar sifatini masofaviy diagnostika qilish uchun asboblar va kiyim ostidagi qurollarni aniqlash imkonini beruvchi xavfsizlik tizimlari, shuningdek noyob tibbiy asboblar.

Xususiyatlari

Yorug'likning "chap qo'l" sinishi indeksiga ega bo'lgan metamaterial orqali o'tishi.

Metamateriallarning mumkin bo'lgan xususiyatlaridan biri bu o'tkazuvchanlik va magnit o'tkazuvchanlik bir vaqtning o'zida manfiy bo'lganda paydo bo'ladigan salbiy (yoki chap qo'l) sinishi indeksidir.

Effekt asoslari

Izotrop muhitda elektromagnit to'lqinlarning tarqalishi tenglamasi quyidagi shaklga ega:

Qayerda k (\displaystyle k)- to'lqin vektori, ō (\displaystyle \omega)- to'lqin chastotasi, c (\displaystyle c)- yorug'lik tezligi; n 2 = s m (\displaystyle n^(2)=\epsilon \mu )- sindirish ko'rsatkichining kvadrati. Ushbu tenglamalardan ko'rinib turibdiki, bir vaqtning o'zida dielektrik va magnit belgilarining o'zgarishi. m (\displaystyle \mu) muhitning o'tkazuvchanligi bu munosabatlarga hech qanday ta'sir qilmaydi.

"O'ng" va "chap" izotrop muhit

(1) tenglama Maksvell nazariyasi asosida olingan. Dielektrikli ommaviy axborot vositalari uchun s (\displaystyle \epsilon) va magnit m (\displaystyle \mu) muhitning sezuvchanligi bir vaqtning o'zida ijobiy bo'lib, elektromagnit maydonning uchta vektori - elektr va magnit va to'lqin deb ataladigan tizimni tashkil qiladi. To'g'ri vektorlar:

Bunday muhitlar shunga ko'ra "o'ng qanot" deb ataladi.

Bunday muhitlar s (\displaystyle \epsilon), m (\displaystyle \mu)- bir vaqtning o'zida salbiy, "chap" deb ataladi. Bunday ommaviy axborot vositalarida elektr E → (\displaystyle (\vec (E))), magnit H → (\displaystyle (\vec (H))) va to'lqin vektori k → (\displaystyle (\vec (k))) chap vektorlar sistemasini hosil qiladi.

Ingliz tilidagi adabiyotlarda tasvirlangan materiallar o'ng va chap qo'l materiallar deb nomlanishi yoki mos ravishda RHM (o'ng) va LHM (chap) deb qisqartirilishi mumkin.

O'ng va chap to'lqinlar orqali energiyani uzatish

To'lqin tomonidan olib boriladigan energiya oqimi teng bo'lgan Poynting vektori bilan belgilanadi S → = (c / 4 p) [ E → H → ] (\displaystyle (\vec (S))=(c/4\pi)\left[(\vec (E))(\vec (H)) \o'ng]). Vektor S → (\displaystyle (\vec (S))) har doim vektorlar bilan hosil qiladi E → (\displaystyle (\vec (E))), H → (\displaystyle (\vec (H))) o'ng uchta. Shunday qilib, o'ng qo'lli moddalar uchun S → (\displaystyle (\vec (S))) Va k → (\displaystyle (\vec (k))) bir yo'nalishda, chapda esa - turli yo'nalishlarda. Vektor beri k → (\displaystyle (\vec (k))) faza tezligiga yo'nalishda to'g'ri keladi, chap qo'l moddalar manfiy faza tezligi deb ataladigan moddalar ekanligi aniq. Boshqacha qilib aytganda, chap qo'lli moddalarda faza tezligi energiya oqimiga qarama-qarshidir. Bunday moddalarda, masalan, teskari Doppler effekti va orqaga to'lqinlar kuzatiladi.

Chap o'rtacha dispersiya

Muhitning salbiy ko'rsatkichining mavjudligi, agar u chastota dispersiyasiga ega bo'lsa, mumkin. Agar bir vaqtning o'zida ϵ < 0 {\displaystyle \epsilon <0} , μ < 0 {\displaystyle \mu <0} , keyin to'lqin energiyasi W = s E 2 + m H 2 (\displaystyle W=\epsilon E^(2)+\mu H^(2)) salbiy (!) bo'ladi. Ushbu qarama-qarshilikdan qochishning yagona yo'li, agar vosita chastota dispersiyasiga ega bo'lsa ∂ s / ∂ ʼn (\displaystyle \qisman \epsilon /\qisman \omega ) Va ∂ m / ∂ ʼn (\displaystyle \qisman \mu /\qisman \omega ).

Chap qo'l muhitida to'lqin tarqalishiga misollar