Другие применения метаматериалов
В России сейчас активно развивает данное направление Владимир Шалаев. Он пропагандирует трансформационную оптику. Трансформационная оптика, по аналогии с общей теорией относительности, в которой время и пространство искривлены, показывает, что пространство, в котором распространяется свет, может быть изогнуто практически произвольным заранее заданным образом. Что еще более важно, оптическое материальное пространство можно сконструировать и изготовить, что открывает впечатляющие возможности для управления световым потоком с точностью до нанометров [12].
Шалаев рассчитал устройство светопоглотителя [13], так называемой черной дыры, которая поглощая свет. Схематично вид представлен на рис. 9. Как оказалось недостаточно только метаматериала, необходимо точно рассчитать радиальные и угловые части, что он и сделал.
Рис. 9. Модель светопоглотителя (а), сферическая (б) и цилиндрическая (в) конструкции
Надер Энгхета в своей работе [14] показал, что используя различные метаматериалы, можно создавать компоненты электронных схем (рис. 10)
Рис. 10. Метаматериалы как электронная компонентная база
В работе [15] авторы создали метаматериал на основе ферроэлектрика (рис. 11) и экспериментально сняли и убедились в отрицательных значениях диэлектрической проницаемости (рис. 12).
Рис. 11. Метаматериал на ферроэлектрике
Рис. 12. Результаты эксперимента. Зависимость проницаемостей от частоты
Заключение
С точки зрения физики метаматериалы с отрицательным показателем преломления являются антиподами обычных материалов. В случае отрицательного показателя преломления происходит обращение фазовой скорости электромагнитного излучения; допплеровский сдвиг происходит в противоположную сторону; черенковское излучениеот движущейся заряженной частицы происходит не вперед, а назад; собирающие линзы становятся рассеивающими и наоборот... И все это – лишь небольшая часть тех удивительных явлений, которые возможны для метаматериалов с отрицательным показателем преломления.
Демонстрация работы суперлинзы — лишь последнее из многих предсказаний свойств материалов с отрицательным преломлением, которые предстоит реализовать, а это признак быстрого прогресса, происходящего в этой все расширяющейся области.
Возможность отрицательного преломления заставила физиков пересмотреть практически всю область электромагнетизма. И когда этот круг идей будет полностью понят, основные оптические явления, такие как преломление и дифракционный предел разрешения, придется пересмотреть с учетом новых неожиданных поворотов, связанных с материалами, дающими отрицательное преломление.
Волшебство метаматериалов и магию отрицательного преломления все-таки необходимо «конвертировать» в прикладную технологию. Такой шаг потребует совершенствования конструкции метаматериалов и производства их по разумной цене.
Сейчас в этой области действует множество исследовательских групп, энергично разрабатывающих способы решения проблемы.
Практическое использование таких материалов, в первую очередь, связано с возможностью создания на их основе терагерцовой оптики, что, в свою очередь, приведет к развитию метеорологии и океанографии, появлению радаров с новыми свойствами и др.
Список литературы
1. Веселаго В. Г. ФТТ 8 3571 (1966)
2. Веселаго В. Г. УФН 92 571 (1967)
3. Веселаго В. Г. ЖЭТФ 52 1025 (1966)
4. SmithD.R., Padilla W., Vier D.C., Nemat-Nasser S.C., Shultz S. Phys. Rev. Let., 84 4184 (2000).
5. Shelby R.A., SmithD.R., Shultz S. Science, 292 77 (2001)
6. Pendry J.B. Phys. Rev. Let 85 3966 (2000)
7. D. R. Smith, J. B. Pendry, M. C. K. Wiltshire,Science305, 788 (2004).
8. G. V. Eleftheriades, K. G. Balmain, Eds.,NegativeRefraction Metamaterials (Wiley-IEEE Press, Hoboken, NJ, 2005)
9. C. Enkrich, M. Wegener, S. Linden, S. Burger, L. Zschiedrich, F.Schmidt, J.F. Zhou, T. Koschny, C.M. Soukoulis, Magnetic metamaterials at telecommunication and visible frequencies, Phys. Rev. Lett. 95 (2005) 203901–203904.
10. T.J. Yen, W.J. Padilla, N. Fang, D.C. Vier, D.R. Smith, J.B. Pendry, D.N. Basov, X. Zhang, Terahertz magnetic response from artificial materials, Science 303 (2004) 1494.
11. 8. J. B. Pendry, D. R. Smith,Sci. Am.295, 60 (2006).
12. ShalaevVM Science322384(2008)
13. Шалаев В. М. УФН 1, 181, 2011
14. Nader Engheta, Circuits with Light at Nanoscales: Optical Nanocircuits Inspired by Metamaterials, review, 2007
15. Yang Bai, Hongsheng Chen and etc. Left-handed material based on ferroelectric medium, OPTICS EXPRESS 8284, Vol. 15, No. 13, 2007