МЕТАМАТЕРИА́ЛЫ

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.