Словарь нанотехнологий
Метаматериал

Метаматериал

Термин

метаматериал

Термин на английском

metamaterial

Связанные термины

фотоника

Определение

материалы, свойства которых обусловлены не столько индивидуальными физическими свойствами их компонентов, сколько специфической микро- и макроструктурой.

Описание

Термин «метаматериалы» особенно часто применяют по отношению к материалам, которые демонстрируют свойства, нехарактерные для объектов, встречающихся в природе.  

Один из наиболее известных классов метаматериалов - материалы с отрицательным коэффициентом преломления, который проявляется при одновременной отрицательности диэлектрической и магнитной проницаемости.

Оптические свойства вещества характеризуются показателем преломления n, который связан с ? и ? простым соотношением

n = ± ?(???). Для всех известных материалов перед квадратным корнем должен стоять знак «+», и поэтому их показатель преломления положителен. В.Г.Веселаго показал, что у вещества с отрицательными ? и ? показатель преломления n должен быть меньше нуля.

Природные материалы с отрицательной диэлектрической проницаемостью хорошо известны - это любой металл при частотах выше плазменной частоты (при которой металл становится прозрачным). В этом случае ? < 0 достигается за счет того, что свободные электроны в металле экранируют внешнее электромагнитное поле. Гораздо сложнее создать материал с ? < 0, в природе такие материалы не существуют. 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 ?₀ ~ 1/(LC)^-1/2. При этом система создает собственное магнитное поле, которое будет положительным при частотах переменного магнитного поля ? < ?₀ и отрицательным при ? > ?₀. Таким образом, возможны системы с отрицательным откликом как на электрическую, так и на магнитную компоненту электромагнитного излучения.

Другим известным классом метаматериалов, находящим все большее практическое применение, являются фотонные кристаллы.

Авторы

• Наймушина Дарья Анатольевна
• Шляхтин Олег Александрович, к.х.н.

Ссылки

1. Envision This: Mathematicians Design Invisible Tunnel / 1996-2009 Scientific American Inc. URLL:http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=envision-this-mathematicians-design-invisible-tunnel
2. Трёхмерные фотонные метаматериалы / Нанометр URL: http://www.nanometer.ru/2008/06/01/nanostructure_53065.html
3. Метаматериалы вплотную подошли к оптическому диапазону / 2005-2009 «Элементы» URL: http://elementy.ru/news/430481
4. Metamaterial / Wikipedia URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Metamaterial

Иллюстрации

	Фотография метаматериала с отрицательным показателем преломления для микроволнового излучения. Источник: www.nanometer.ru
	Куб метаматериала представляет собой трехмерную матрицу, образованную медными проводниками и кольцами с разрезом. Для микроволн с частотами около 10 ГГц куб имеет отрицательный показатель преломления. Шаг решетки - 2,68 мм, или около 0,1 дюйма.  Источник: www.sciam.ru
	Метаматериал группы Шалаева представляет из себя сандвич из двух листов серебра, разделенных тонким слоем окиси алюминия. В нём прорезаны прямоугольные отверстия поперечником около 120 нанометров, лежащие на расстоянии 300 нанометров друг от друга. Эта дырчатая структура обладает коэффициентом преломления -1,1 при длинах волн инфракрасного света, лежащих в промежутке 818-799 нанометров. Источник: www.elementy.ru

Разделы

Искусственные среды с отрицательным коэффициентом преломления (метаматериалы)

Нанофотоника и коротковолновая нелинейная оптика

Нанотехнологии в фотонике и оптоэлектронике, компонентная база и устройства

Наноматериалы