МЕТАМАТЕРИА́ЛЫ
-
Рубрика: Физика
-
Скопировать библиографическую ссылку:
МЕТАМАТЕРИА́ЛЫ (от мета... и лат. materialis – вещественный), искусственно созданные материалы, состав и пространственная структура которых определяют их особые электромагнитные свойства, не встречающиеся в природе.
Обычные материалы имеют положительный показатель преломления, и их взаимодействие с электромагнитным излучением определяется свойствами составляющих их частиц (атомов и молекул). М. создаются путём введения в обычный материал разл. периодич. структур с разл. геометрич. формами (т. н. мета-атомов), которые изменяют диэлектрич. и магнитную восприимчивости исходного материала. М. предоставляют почти неограниченные возможности для реализации любого показателя преломления.
Наиболее уникальным примером М. являются среды с отрицательным показателем преломления. Их существование предсказано и теоретически исследовано рос. физиком В. Г. Веселаго в 1967. Однако лишь в нач. 21 в. такие среды были продемонстрированы экспериментально, сначала в микроволновом и терагерцевом диапазонах частот, а затем и в оптич. диапазоне. Одно из наиболее важных и необычных свойств сред с отрицательным показателем преломления – антинаправленность волнового вектора и вектора Умова – Пойнтинга, приводит к ряду совершенно новых режимов взаимодействия электромагнитных волн с веществом.
Пример М., разработанного для субмиллиметрового диапазона частот, – периодич. решётка наноразмерных резонаторов, внедрённых в диэлектрич. матрицу. Резонатор представляет собой разомкнутый виток из тонкой золотой фольги, напылённой на кварцевую подложку. Субмиллиметровая волна при падении на периодич. решётку, составленную из таких контуров (с периодом 420–450 нм, значительно меньшим длины волны), взаимодействует с решёткой как со сплошной средой. Такая матрица с резонансными контурами является М., обеспечивающим отклик среды для частот, превышающих на 2 порядка частоты естеств. сред.
М. открывают принципиально новые возможности создания устройств для управления светом, фотолитографии, оптич. микроскопии с разрешением, превосходящим дифракционный предел, и разл. нелинейно-оптич. приложений (умножение частоты, параметрич. усиление и т. п.). Применение уникальных свойств М. возможно в т. н. суперлинзе, которая позволяет сфокусировать затухающие волны (см. Нанофотоника) и может быть реализована в виде приставки к обычному оптич. микроскопу.
Одно из возможных использований М. – создание оболочек, скрывающих содержащиеся в них объекты от внешнего наблюдателя или радара. Впервые такая оболочка невидимости для СВЧ-излучения продемонстрирована экспериментально Д. Р. Смитом и др. (США) в 2006. Теоретически предложены оболочки невидимости и для акустич. волн очень низких частот. Первая конструкция и практич. способ реализации оболочки невидимости для оптич. диапазона предложены группой под рук. В. М. Шалаева.
Оптич. М. находятся в ранней стадии разработки. Осн. ограничения для их широкого использования – существенное поглощение (потери) излучения и ограниченный спектральный диапазон. Для решения этих проблем создаются активные и т. н. гиперболич. метаматериалы.