Historia metamateriałów

Metamateriał , który wytwarza ujemny współczynnik załamania światła . Całkowita macierz składa się z 3 x 20 x 20 komórek elementarnych o całkowitych wymiarach 10 x 100 x 100 milimetrów.

Historia metamateriałów zaczyna się od sztucznych dielektryków w inżynierii mikrofalowej , która rozwinęła się tuż po II wojnie światowej . Jednak pod koniec XIX wieku prowadzone są przełomowe badania nad sztucznymi materiałami do manipulowania falami elektromagnetycznymi . Stąd historia metamateriałów jest zasadniczo historią rozwoju pewnych typów wytwarzanych materiałów, które oddziałują na częstotliwości radiowe , mikrofale , a później na częstotliwościach optycznych .

Wraz z rozwojem nauki o materiałach opracowano materiały fotoniczne , które wykorzystują foton światła jako podstawowy nośnik informacji. Doprowadziło to do powstania kryształów fotonicznych , a na początku nowego tysiąclecia dowodem na działanie metamateriałów o ujemnym współczynniku załamania w zakresie mikrofalowym (10,5 gigaherca ) i optycznym. Po tym nastąpił pierwszy dowód zasady maskowania metamateriałów (osłanianie obiektu przed wzrokiem), również w zakresie mikrofal, około sześć lat później. Jednak peleryna, która może ukryć obiekty w całym spektrum elektromagnetycznym, jest wciąż odległa o dziesięciolecia. Wiele fizycznych i inżynierskich wymaga rozwiązania.

Niemniej jednak materiały o ujemnym współczynniku załamania światła doprowadziły do ​​opracowania anten metamateriałowych i metamateriałowych soczewek mikrofalowych do miniaturowych anten systemów bezprzewodowych, które są bardziej wydajne niż ich konwencjonalne odpowiedniki. Ponadto anteny metamateriałowe są obecnie dostępne na rynku. Tymczasem ogniskowanie podfalowe za pomocą supersoczewki jest również częścią współczesnych badań nad metamateriałami.

Badania wczesnej fali

Fale elektromagnetyczne powstają w wyniku drgań pól elektrycznych i magnetycznych . Pola te są prostopadłe do siebie w kierunku rozchodzenia się fali. Raz uformowana energia przemieszcza się z prędkością światła aż do dalszej interakcji z materią. Pole elektryczne jest w płaszczyźnie pionowej, a pole magnetyczne w płaszczyźnie poziomej. Dwa rodzaje pól w falach elektromagnetycznych są zawsze w fazie względem siebie.

Fale klasyczne przenoszą energię bez przenoszenia materii przez ośrodek (materiał). Na przykład fale w stawie nie przenoszą cząsteczek wody z miejsca na miejsce; raczej energia fali przemieszcza się przez wodę, pozostawiając cząsteczki wody na miejscu. Dodatkowo naładowane cząstki, takie jak elektrony i protony podczas ruchu tworzą pola elektromagnetyczne, które przenoszą rodzaj energii znany jako promieniowanie elektromagnetyczne lub światło. Zmieniające się pole magnetyczne będzie indukować zmieniające się pole elektryczne i odwrotnie — oba są ze sobą powiązane. Te zmieniające się pola tworzą fale elektromagnetyczne. Fale elektromagnetyczne różnią się od fal mechanicznych tym, że do rozchodzenia się nie potrzebują ośrodka. Oznacza to, że fale elektromagnetyczne mogą przemieszczać się nie tylko w powietrzu i materiałach stałych, ale także w próżni kosmicznej.

„ Historia metamateriałów ” może mieć różne punkty wyjścia w zależności od interesujących ich właściwości. Pokrewne badania wczesnej fali rozpoczęły się w 1904 roku i trwały przez ponad połowę pierwszej połowy XX wieku. Te wczesne badania obejmowały zależność prędkości fazowej od prędkości grupowej oraz zależność między wektorem falowym a wektorem wskazującym .

Horace Lamb (książka: Hydrodynamika ) i Arthur Schuster (książka: Wprowadzenie do optyki ) zauważyli możliwość ujemnej prędkości fazowej , której towarzyszy antyrównoległa prędkość grupowa. Jednak obaj myśleli, że praktyczne osiągnięcie tych zjawisk nie było możliwe. W 1945 roku Leonida Mandelstama (również „Mandel'shtam”) bardziej szczegółowo zbadał fazę antyrównoległą i postęp grupowy. Jest również znany z badania właściwości elektromagnetycznych materiałów wykazujących ujemne załamanie światła, a także z pierwszej materiału lewoskrętnego . Badania te obejmowały ujemną prędkość grupową. Poinformował, że takie zjawiska zachodzą w sieci krystalicznej . Można to uznać za znaczące, ponieważ metamateriał jest sztuczną siecią krystaliczną (strukturą). W 1905 HC Pocklington również badał pewne efekty związane z ujemną prędkością grupową.

VE Pafomov (1959), a kilka lat później zespół badawczy VM Agranovich i VL Ginzburg (1966) opisali skutki ujemnej przenikalności , ujemnej przepuszczalności i ujemnej prędkości grupowej w swoich badaniach kryształów i ekscytonów .

W 1967 roku VG Veselago z Moskiewskiego Instytutu Fizyki i Technologii rozważał teoretyczny model ośrodka znanego obecnie jako metamateriał. Jednak fizyczne eksperymenty miały miejsce dopiero 33 lata po opublikowaniu artykułu z powodu braku dostępnych materiałów i braku wystarczającej mocy obliczeniowej. Dopiero w latach 90. XX wieku dostępne stały się materiały i moc obliczeniowa do sztucznego wytwarzania niezbędnych struktur. Veselago przewidział również szereg zjawisk elektromagnetycznych , które zostaną odwrócone, w tym współczynnik załamania światła . Ponadto przypisuje mu się ukucie terminu „materiał lewoskrętny” dla współczesnego metamateriału ze względu na antyrównoległe zachowanie wektora fal i innych pól elektromagnetycznych . Zauważył ponadto, że badany przez niego materiał był materiałem podwójnie ujemnym, jak dziś nazywa się niektóre metamateriały, ze względu na możliwość jednoczesnego wytwarzania wartości ujemnych dla dwóch ważnych parametrów, np. przenikalności i przepuszczalności. W 1968 roku jego artykuł został przetłumaczony i opublikowany w języku angielskim. Był później nominowany do nagrody Nobla.

Jeszcze później rozwój nanoprodukcji i technik obrazowania podfalowego przenosi teraz tę pracę na długości fal optycznych .

Wczesne ośrodki elektromagnetyczne

Aparat Bose zademonstrowany w Royal Institution w 1897 r. Schematyczny diagram - promiennik falowodu jest przymocowany na górze nadajnika po lewej stronie. Ponadto firma Bose po raz pierwszy zastosowała piramidalną elektromagnetyczną antenę tubową . Ta antena tubowa działa jak „lejek zbierający” dla interesującego nas promieniowania elektromagnetycznego.

W XIX wieku równania Maxwella połączyły wszystkie wcześniejsze obserwacje, eksperymenty i ustalone twierdzenia dotyczące elektryczności i magnetyzmu w spójną teorię, która jest również fundamentalna dla optyki . Praca Maxwella wykazała, że ​​elektryczność, magnetyzm, a nawet światło są przejawami tego samego zjawiska, a mianowicie pola elektromagnetycznego .

Podobnie koncepcja wykorzystania pewnych skonstruowanych materiałów jako metody manipulowania falami elektromagnetycznymi sięga XIX wieku. Teoria mikrofal znacznie się rozwinęła w drugiej połowie XIX wieku wraz z cylindrycznym reflektorem parabolicznym , soczewką dielektryczną , pochłaniaczami mikrofal, promiennikiem wnękowym, promieniującą tęczówką i piramidalnym rogiem elektromagnetycznym . Nauka związana z mikrofalami obejmowała również falowody okrągłe, kwadratowe i prostokątne wykluczając opublikowaną pracę Sir Rayleigha na temat działania falowodu w 1896 r. Optyka mikrofalowa, obejmująca ogniskowanie mikrofal, wprowadziła komponenty quasi-optyczne , aw 1897 r. opublikowano (przez Righi) opracowanie optyki mikrofalowej .

Jagadish Chandra Bose

Jagadish Chandra Bose był naukowcem zaangażowanym w oryginalne badania nad mikrofalami w latach 90. XIX wieku. Jako profesor fizyki w Presidency College zajmował się eksperymentami laboratoryjnymi i badaniami dotyczącymi refrakcji , dyfrakcji i polaryzacji , a także nadajników , odbiorników i różnych elementów mikrofalowych.

Podłączył odbiorniki do czułego galwanometru i opracował kryształy , które miały służyć jako odbiornik. Kryształy działały w krótkofalowym . Opracowano również kryształy do ​​wykrywania zarówno światła białego , jak i ultrafioletowego . Kryształy te zostały opatentowane w 1904 roku ze względu na ich zdolność do wykrywania promieniowania elektromagnetycznego . Co więcej, wydaje się, że jego praca przewidywała istnienie typu p i typu n o 60 lat.

Dla ogółu społeczeństwa w 1895 roku Bose był w stanie zdalnie zadzwonić w dzwon i zdetonować proch strzelniczy za pomocą fal elektromagnetycznych. W 1896 roku doniesiono, że Bose przesłał sygnały elektromagnetyczne na odległość prawie mili. W 1897 roku Bose zrelacjonował swoje badania (eksperymenty) nad mikrofalami w Royal Institution w Londynie. Tam zademonstrował swoje urządzenie na długości fal w zakresie od 2,5 centymetra do 5 milimetrów.

Wczesne media chiralne

W 1898 roku Jagadish Chandra Bose przeprowadził pierwszy eksperyment mikrofalowy na skręconych strukturach. Te skręcone struktury pasują do geometrii, które w dzisiejszej terminologii są znane jako sztuczne media chiralne . W tym czasie badał również podwójne załamanie (dwójłomność) w kryształach. Inne badania obejmowały polaryzację „fal” pola elektrycznego wytwarzanych przez kryształy. Odkrył ten typ polaryzacji w innych materiałach, w tym w klasie dielektryków .

Ponadto chiralność jako aktywność optyczna w danym materiale jest zjawiskiem badanym od XIX wieku. Do 1811 roku badanie kwarcu wykazało, że takie krystaliczne ciała stałe obracają polaryzację światła spolaryzowanego, co oznacza aktywność optyczną. Do 1815 roku wiadomo było, że materiały inne niż kryształy, takie jak olejek terpentynowy, wykazują chiralność. Jednak podstawowa przyczyna nie była znana. Louis Pasteur rozwiązał problem (chiralność cząsteczek) zapoczątkowując nową dyscyplinę znaną jako stereochemia . Na makroskopowej , Lindman zastosował mikrofale do problemu ze spiralami drucianymi (spiralami drutowymi) w 1920 i 1922 roku.

Karl F. Lindman od 1914 do lat dwudziestych XX wieku badał sztuczne ośrodki chiralne utworzone przez zbiór losowo zorientowanych małych spiral . Pisali o nim współcześni badacze metamateriałów : Ismo V. Lindell, Ari H. Sihvola i Juhani Kurkijarvi.

Sztuczne dielektryki XX wieku

Ta „soczewka” przekształca wejściowe sferyczne promieniowanie mikrofalowe w równoległe (skolimowane) linie w określonym kierunku po stronie wyjściowej soczewki mikrofalowej. Ogniskowanie soczewki jest realizowane dzięki załamującym właściwościom metalowego paska.

Wiele historycznych badań związanych z metamateriałami opiera się na spojrzeniu na kształtowanie wiązki antenowej w inżynierii mikrofalowej tuż po drugiej wojnie światowej. Co więcej, metamateriały wydają się być historycznie powiązane z badaniami dotyczącymi sztucznych dielektryków w późnych latach czterdziestych, pięćdziesiątych i sześćdziesiątych XX wieku. Najbardziej powszechnym zastosowaniem sztucznych dielektryków we wcześniejszych dziesięcioleciach był reżim mikrofalowy do kształtowania wiązki anteny . Sztuczne dielektryki zostały zaproponowane jako tanie i lekkie „narzędzie”. Badania nad sztucznymi dielektrykami, innymi niż metamateriały, wciąż trwają w odpowiednich częściach widma elektromagnetycznego.

Pionierskie prace w inżynierii mikrofalowej dotyczące sztucznych dielektryków w mikrofalach zostały wykonane przez Winstona E. Kocka , Seymoura Cohna, Johna Browna i Waltera Rotmana . Okresowe sztuczne struktury zaproponowali Kock, Rotman i Siergiej Schelkunoff . Istnieje również obszerna lista referencyjna, która koncentruje się na właściwościach sztucznych dielektryków w książce z 1990 r., Field theory of Guided Waves autorstwa RE Collina.

Schelkunoff zdobył uznanie za wkład w teorię anten i propagację fal elektromagnetycznych . „Cząstki magnetyczne wykonane z pętli obciążonych pojemnościowo zostały również zasugerowane przez Siergieja Schelkunoffa w 1952 roku (który był wówczas starszym współpracownikiem Winstona Kocka w Bell Labs). Jednak Schelkunoff zasugerował te cząstki jako środek do syntezy wysokiej przepuszczalności (a nie ujemnej ) wartości, ale uznał, że takie sztuczne dielektryki o wysokiej przepuszczalności byłyby dość dyspersyjne.

Firma WE Kock zaproponowała metalowe i druciane soczewki do anten. Niektóre z nich to metaliczna soczewka opóźniająca, soczewka z drutu równoległego i soczewka z siatki drucianej. Ponadto prowadził badania analityczne dotyczące reakcji dostosowanych cząstek metalicznych na quasi-statyczne promieniowanie elektromagnetyczne. Podobnie jak w przypadku obecnej dużej grupy badaczy przekazujących zachowanie metamateriałów, Kock zauważył zachowania i strukturę sztucznych materiałów, które są podobne do metamateriałów.

Zastosował cząstki, które miałyby różny kształt geometryczny ; kule , dyski, elipsoidy oraz wydłużone lub spłaszczone sferoidy i byłyby izolowane lub ustawione w powtarzający się wzór jako część konfiguracji macierzy . Ponadto był w stanie stwierdzić, że takie cząstki zachowują się jak dielektryczny . Zauważył również, że przenikalność „ ε ” i przepuszczalność „ μ " tych cząstek można celowo dostroić, ale nie niezależnie.

Jednak w przypadku metamateriałów lokalne wartości zarówno ε, jak i μ są projektowane jako część procesu produkcyjnego lub projektowane analitycznie w badaniach teoretycznych. Dzięki temu procesowi poszczególne inkluzje metamateriałów mogą być niezależnie dostrajane.

Dzięki sztucznym dielektrykom Kock był w stanie zobaczyć, że można osiągnąć dowolną wartość przenikalności i przepuszczalności, dowolnie dużą lub małą, i że obejmuje to możliwość uzyskania wartości ujemnych dla tych parametrów. Właściwości optyczne ośrodka zależały wyłącznie od geometrycznego kształtu i rozmieszczenia cząstek, a nie od ich własnego wewnętrznego zachowania. Jego praca przewidywała również rezonator z dzielonym pierścieniem , sfabrykowaną strukturę okresową, która jest powszechnym koniem pociągowym dla metamateriałów.

Kock nie badał jednak jednoczesnego występowania ujemnych wartości ε i μ, co stało się jednym z pierwszych osiągnięć definiujących współczesne metamateriały. Stało się tak, ponieważ badania nad materiałami sztucznymi były ukierunkowane na inne cele, takie jak tworzenie mediów plazmowych na częstotliwościach radiowych lub mikrofalowych, związanych z nadrzędnymi potrzebami NASA i ówczesnego programu kosmicznego.

systemy kształtowania wiązki mikrofalowej Waltera Rotmana i RF Turnera z soczewką o trzech doskonałych ogniskach; dwa symetrycznie rozmieszczone poza osią i jeden na osi. Opublikowali równania projektowe dla ulepszonej soczewki z prostą przednią częścią, ocenę jej możliwości kontroli fazy, możliwości skanowania oraz zademonstrowane techniki wytwarzania mające zastosowanie do tego typu konstrukcji. Rotman wynalazł inne struktury okresowe, które obejmują wiele typów anten fal powierzchniowych: falowód korytowy, falowód kanałowy i antena drutowa typu sandwich.

Struktury fotoniczne

Główny artykuł: kryształ fotoniczny

„Przy częstotliwościach rzędu kilkuset gigaherców i niższych elektrony są głównymi cząstkami, które służą jako koń pociągowy urządzeń. Z drugiej strony, w zakresie fal podczerwonych , optycznych i ultrafioletowych , foton jest podstawową cząstką z wyboru”. Słowo „fotonika” pojawiło się pod koniec lat 60. XX wieku, aby opisać dziedzinę badań, której celem było wykorzystanie światła do wykonywania funkcji tradycyjnie mieszczących się w typowej dziedzinie elektroniki, takich jak między innymi telekomunikacja, przetwarzanie informacji. Termin fotonika bardziej szczegółowo oznacza:

  • Cząsteczkowe właściwości światła,
  • Potencjał tworzenia technologii urządzeń do przetwarzania sygnałów z wykorzystaniem fotonów,
  • Praktyczne zastosowanie optyki i
  • Analogia do elektroniki .

Dlatego w miarę wykorzystywania materiałów fotonicznych fotony, a nie elektrony, stają się podstawowymi nośnikami informacji. Co więcej, foton wydaje się być wydajniejszym nośnikiem informacji, a materiały, które mogą przetwarzać sygnały fotoniczne, są zarówno w użyciu, jak iw dalszym rozwoju. Ponadto opracowywanie materiałów fotonicznych doprowadzi do dalszej miniaturyzacji komponentów.

W 1987 roku Eli Yablonovitch zaproponował kontrolowanie spontanicznych emisji i konstruowanie fizycznych stref w okresowych dielektrykach, które zabraniają pewnych długości fal promieniowania elektromagnetycznego. Możliwości te zostałyby wbudowane w trójwymiarowe okresowe struktury dielektryczne (sztuczny dielektryk). Zauważył, że kontrolowanie emisji spontanicznej jest pożądane w procesach półprzewodnikowych.

Wyjątkowe zjawiska

Wynalezienie metamateriału

Historycznie i konwencjonalnie funkcję lub zachowanie materiałów można zmienić poprzez ich skład chemiczny . To wiadomo od dawna. Na przykład dodanie ołowiu zmienia kolor lub twardość szkła . Jednak pod koniec XX wieku opis ten został rozszerzony przez Johna Pendry'ego , fizyka z Imperial College w Londynie . W latach 90-tych był konsultantem brytyjskiej firmy Marconi Materials Technology jako fizyk materii skondensowanej ekspert. Firma wyprodukowała technologię stealth wykonaną z węgla pochłaniającego promieniowanie , która była przeznaczona dla okrętów wojennych . Jednak firma nie rozumiała fizyki materiału. Firma zapytała Pendry'ego, czy mógłby zrozumieć, jak działa ten materiał.

Pendry odkrył, że właściwość pochłaniania promieniowania nie wynika z molekularnej lub chemicznej struktury materiału, tj. samego węgla. Ta właściwość wynikała z długiego i cienkiego, fizycznego kształtu włókien węglowych . Zdał sobie sprawę, że zamiast konwencjonalnie zmieniać materiał poprzez jego chemię, jak robi to ołów ze szkłem, zachowanie materiału można zmienić, zmieniając jego wewnętrzną strukturę na bardzo dokładną skalę. Bardzo dokładna skala była mniejsza niż długość fali promieniowania elektromagnetycznego to jest stosowane. Teoria ma zastosowanie w całym spektrum elektromagnetycznym, które jest wykorzystywane przez dzisiejsze technologie. Promieniowania będące przedmiotem zainteresowania obejmują fale radiowe i mikrofale, podczerwień i widzialne długości fal. Naukowcy postrzegają ten materiał jako „poza” konwencjonalnymi materiałami. Stąd dodano greckie słowo „meta”, które nazywa się metamateriałami .

Po pomyślnym wydedukowaniu i uświadomieniu sobie struktury włókna węglowego, Pendry zaproponował dalej, aby spróbował zmienić właściwości magnetyczne materiału niemagnetycznego, również poprzez zmianę jego struktury fizycznej. Materiał nie byłby samoistnie magnetyczny ani z natury podatny na namagnesowanie. Drut miedziany jest takim niemagnetycznym materiałem. Wyobraził sobie wytworzenie niemagnetycznego materiału kompozytowego, który mógłby naśladować ruchy elektronów krążących wokół atomów. Jednak struktury są wytwarzane w skali wielkości większej niż atom, ale mniejszej niż długość fali promieniowania.

Wyobraził sobie i postawił hipotezę , że miniaturowe pętle z drutu miedzianego osadzone w podłożu z włókna szklanego mogą naśladować działanie elektronów, ale na większą skalę. Co więcej, ten materiał kompozytowy może zachowywać się jak płyta żelaza . Ponadto wywnioskował, że prąd przepływający przez pętle drutu powoduje reakcję magnetyczną .

Ten metamateriałowy pomysł zaowocował odmianami. Przecięcie pętli skutkuje powstaniem rezonatora magnetycznego, który działa jak przełącznik. Przełącznik z kolei pozwoliłby Pendry'emu określić lub zmienić właściwości magnetyczne materiału po prostu z wyboru. W tamtym czasie Pendry nie zdawał sobie sprawy ze znaczenia dwóch materiałów, które opracował. Łącząc właściwości elektryczne pochłaniającego radary materiału Marconiego z nowym sztucznym materiałem magnetycznym, nieświadomie umieścił w swoich rękach nowy sposób manipulowania promieniowaniem elektromagnetycznym. W 1999 roku Pendry opublikował swoją nową koncepcję sztucznie wytworzonych materiałów magnetycznych w znanym czasopiśmie fizyki. Zostało to przeczytane przez naukowców z całego świata i „pobudziło ich wyobraźnię”.

Ujemny współczynnik załamania światła

W 1967 roku Victor Veselago stworzył często cytowaną, przełomową pracę nad materiałem teoretycznym, który może wytworzyć niezwykłe efekty, które są trudne lub niemożliwe do wytworzenia w naturze. W tym czasie zaproponował, że odwrócenie prawa Snella , niezwykła soczewka i inne wyjątkowe zjawiska mogą zachodzić w ramach praw fizyki . Teoria ta leżała uśpiona przez kilka dziesięcioleci. Nie było dostępnych w naturze ani w inny sposób materiałów, które mogłyby fizycznie zrealizować analizę Veselago. Dopiero trzydzieści trzy lata później właściwości tego materiału, a metamateriał , stał się subdyscypliną fizyki i inżynierii .

Były jednak pewne obserwacje, demonstracje i wdrożenia, które ściśle poprzedzały tę pracę. Przepuszczalność metali, której wartości można było rozciągać od domeny dodatniej do ujemnej, była szeroko badana. Innymi słowy, ujemna przenikalność była zjawiskiem znanym do czasu wyprodukowania pierwszego metamateriału. Tego typu badaniami zajmowali się współcześni Kockowi. Skoncentrowany wysiłek był prowadzony przez rząd USA w celu zbadania interakcji między jonosferą a ponownym wejściem pojazdów kosmicznych NASA.

W latach 90. Pendry i in. opracowali sekwencyjnie powtarzające się struktury cienkich drutów, analogiczne do struktur krystalicznych . Rozszerzyły one zakres przenikalności materiału. Jednak bardziej rewolucyjna struktura opracowana przez Pendry'ego i in. była strukturą, która mogła kontrolować oddziaływania magnetyczne ( przepuszczalność ) wypromieniowanego światła, choć tylko przy częstotliwościach mikrofalowych. Ta sekwencyjnie powtarzająca się rozszczepionego pierścienia rozszerzyła parametry magnetyczne materiału na ujemne. Ta kratowa lub okresowa, „magnetyczna” struktura została zbudowana z elementów niemagnetycznych.

Stąd w dziedzinie elektromagnetycznej równoczesna ujemna wartość przenikalności i przenikalności była warunkiem wytworzenia pierwszych metamateriałów. Były to początkowe kroki w celu udowodnienia zasady dotyczącej pierwotnej propozycji Veselago z 1967 roku.

W 2000 roku zespół naukowców z UCSD wyprodukował i zademonstrował metamateriały, które wykazywały niezwykłe właściwości fizyczne , które nigdy wcześniej nie były wytwarzane w naturze . Materiały te podlegają prawom fizyki , ale zachowują się inaczej niż zwykłe materiały. Zasadniczo zauważono, że te metamateriały o ujemnym indeksie mają zdolność odwracania wielu właściwości fizycznych , które rządzą zachowaniem zwykłych materiałów optycznych. Jedną z tych niezwykłych właściwości jest możliwość odwrócenia po raz pierwszy Prawo załamania światła Snella . Do tej demonstracji zespołu UCSD w maju 2000 roku materiał był niedostępny. Postępy w latach 90. XX wieku w zakresie wytwarzania i możliwości obliczeniowych umożliwiły skonstruowanie tych pierwszych metamateriałów . Tak więc rozpoczęto testowanie „nowego” metamateriału pod kątem efektów opisanych przez Victora Veselago 30 lat wcześniej, ale tylko na początku w dziedzinie częstotliwości mikrofalowych . Odwrócenie prędkości grupowej zostało wyraźnie ogłoszone w powiązanej opublikowanej pracy.

Super obiektyw

Supersoczewka lub supersoczewka to praktyczna struktura oparta na pracy Johna Pendry'ego opisującej idealną soczewkę, która może przekroczyć granicę dyfrakcji poprzez skupienie wszystkich czterech składowych Fouriera . Artykuł Pendry'ego opisał teoretyczną nowatorską soczewkę, która mogłaby rejestrować obrazy poniżej granicy dyfrakcji dzięki zastosowaniu ujemnego współczynnika załamania światła zachowanie. Supersoczewka jest praktyczną realizacją tej teorii. Jest to działająca soczewka, która może rejestrować obrazy poniżej granicy dyfrakcji, mimo że występują ograniczenia wynikające z nieefektywności konwencjonalnych materiałów. Oznacza to, że chociaż występują straty, zwracana jest wystarczająca ilość obrazu, aby pokazać, że ta praca była udaną demonstracją.

Peleryna niewidka

Ulf Leonhardt urodził się we wschodnich Niemczech , obecnie zajmuje katedrę fizyki teoretycznej na Uniwersytecie St. Andrews w Szkocji i jest uważany za jednego z liderów w dziedzinie tworzenia peleryny- niewidki . Około 1999 roku Leonhardt wraz z kilkoma innymi współpracownikami rozpoczął pracę nad budową urządzenia maskującego. Leonhardt stwierdził, że w tamtym czasie niewidzialność nie była uważana za modną. Następnie napisał pracę teoretyczną zatytułowaną „ Optical Conformal Mapping ". Pierwsze zdanie podsumowuje cel: "Urządzenie niewidzialności powinno kierować światło wokół obiektu, jakby go tam nie było." [ wątpliwe – dyskutuj ]

W 2005 roku wysłał artykuł do trzech znaczących czasopism naukowych : Nature , Nature Physics i Science . Każde czasopismo z kolei odrzucało artykuł. W 2006 roku Physical Review Letters również odrzucił artykuł do publikacji. Jednak według oceny PRL jeden z anonimowych recenzentów zauważył, że był (on lub ona) w poprzednich miesiącach na dwóch spotkaniach z Johnem Pendrym grupy, którzy również pracowali nad urządzeniem maskującym. Ze spotkań recenzent dowiedział się również o patencie, który Pendry i jego współpracownicy mieli złożyć. Leonhardt nie był wówczas świadomy pracy grupy Pendry. Ze względu na spotkania w Pendry, praca Leonhardta nie została tak naprawdę uznana przez recenzenta za nową fizykę i dlatego nie zasługiwała na publikację w Physical Review Letters. [ wątpliwe – dyskutuj ]

Później, w 2006 roku, Science (czasopismo) zmieniło swoją decyzję i skontaktowało się z Leonhardtem w celu opublikowania jego artykułu, ponieważ właśnie otrzymało teoretyczne studium od zespołu Pendry'ego zatytułowane „ Kontrolowanie pól elektromagnetycznych ”. Science uznał oba artykuły za uderzająco podobne i opublikował je w tym samym numerze Science Express 25 maja 2006 r. Opublikowane artykuły zapoczątkowały wysiłki badawcze kilkunastu grup mające na celu zbudowanie urządzeń maskujących w miejscach na całym świecie, które przetestowałyby matematykę obu papierów. [ wątpliwe – dyskutować ]

David Smith , inżynierowie naukowi z Duke University (październik 2006), zbudowali praktyczne urządzenie i zademonstrowali je . Ograniczono go do zakresu mikrofal , więc obiekt nie był niewidoczny dla ludzkiego oka. Jednak wykazał dowód zasady .

Optyka transformacyjna

Oryginalne prace teoretyczne na temat maskowania zapoczątkowały nową dyscyplinę naukową zwaną optyką transformacyjną .

Zobacz też

Notatki

Dalsza lektura i ogólne odniesienia

  • Kaku, Michio (kwiecień 2008). „Niewidzialność…” . Magazyn historii naturalnej . Źródło 28 lutego 2011 r .
  • Slyusar VI Metamateriały dotyczące rozwiązań antenowych.// 7th International Conference on Antenna Theory and Techniques ICATT'09, Lwów, Ukraina, 6–9 października 2009 r. - s. 19 - 24 [3 ]

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=History_of_metamaterials&oldid=1122039550 ”