Электромагнитные метаматериалы

Метаматериал — многокомпонентная структура. И приставка «мета», обозначающая по-гречески «вне», говорит в данном случае о материале, как об обладающем некими свойствами, выходящими за пределы свойств отдельных его компонентов.

Причина в том, что свойства данной структуры определяются не отдельными компонентами, а всей совокупностью компонентов ее образующих. Этими свойствами являются, в частности, электромагнитные свойства, которые в обычных естественных условиях у материалов не встречаются.

Так, например, метаматериал может обладать отрицательным показателем преломления, отрицательной диэлектрической или магнитной проницаемостью, иметь периодически изменяемый коэффициент преломления или управляемые от электрического воздействия магнитную и диэлектрическую проницаемости.

Достигается это путем включения в исходный материал периодической структуры определенной геометрической формы, у которой могут варьироваться размер, форма, период и т. д.

Известно, что в различных средах скорость распространения электромагнитных волн различна и всегда меньше, чем в вакууме. Из-за этого главным образом и существует такое явление, как преломление волн в естественных средах, поскольку свет взаимодействует с элементарными частицами среды.

Но если говорить о метаматериалах, то они не являются естественными средами. Поэтому здесь достижим даже отрицательный показатель преломления, так что в итоге, например, свет определенного диапазона будет поглощаться объектом и не выходить наружу (световой аналог черной дыры).

Или станет двигаться по нелинейной траектории, что сделает возможным создание «плаща-невидимки». Иными словами, метаматериал способен управлять излучением, изменяя направление и свойство его волны.

В контексте взаимодействия метаматериалов с электромагнитными волнами, такие материалы называют электромагнитными метаматериалами, характерные структурные размеры которых меньше длины электромагнитной волны, с которой предполагается взаимодействие.

Метаматериалы для работы с волнами СВЧ-диапазона образуются массивами электропроводящих элементов типа проволочных петель с собственными емкостными и индуктивными параметрами.

Пример таких элементов — резонаторы с разъемным кольцом. Метаматериалы для взаимодействия с волнами оптического диапазона имеют структуру с характерными размерами порядка нанометров.

У плазмонных метаматериалов в качестве главных действующих включений используются поверхностные плазмоны, представляющие собой когерентно колеблющиеся электроны на поверхности материала. Существуют даже частотно-избирательные поверхности, именуемые поверхностями с высоким импедансом.

Так или иначе, электромагнитные метаматериалы — это уникальные искусственные соединения, предназначенные для совершенно конкретного взаимодействия с волнами того или иного диапазона.

В качестве сырья для производства электромагнитных метаматериалов используются такие вещества как золото, серебро, медь и другие, а также пластики.

Для получения метаматериалов применяются совместно технологии химии, физики, материаловедения и машиностроения, а также самые современные нанотехнологические новшества .

По сути, материалы такого рода могут выступать как приемниками, так и передатчиками электромагнитных волн. При помощи них получают отображения, создают сверхсвет, строят более совершенные антенны и магнитно-связанные системы, получают магнетизм под действием микроволновых или инфракрасных полей.

Последнее открывает перспективы совершенствования фильтров и производства электроники с переключением лучей: например, когда луч света попадает на диод, это активирует диод и он искажает симметрию луча, создавая таким образом в устройстве оптическую нелинейность.

С внедрением электромагнитных метаматериалов антенны получатся более избирательно-восприимчивыми и чувствительными, при этом станут непроницаемыми для волн определенных диапазонов. Это обещает, в частности, повысить точность систем спутникового позиционирования.

В 2005 году была впервые продемонстрирована суперлинза из метаматериала на основе пленки из серебра толщиной в 35 нм, которая позволила превысить дифракционный предел обычной линзы в 400 нм и показала объект с разрешением в 60 нм.

В качестве объекта выступало слово «NANO», нанесенное нанопроводниками на поверхность полимера. Длина волны составляла 365 нм. За пленкой из серебра размещался слой полимера-фоторезиста, на котором можно было вытравить изображение, полученное с помощью электромагнитной волны.

С этого момента открылись широчайшие перспективы в плане микроскопии высокого разрешения, так необходимой в медицине.

Смотрите также на сайте Ремонтка.ком (remontka.com):

Метаматериал для усиления магнитных полей

Наноантенны — устройство, применение, перспективы использования

Оптические транзисторы — будущее электроники