Метаматериал: различия между версиями
| [непроверенная версия] | [непроверенная версия] |
Содержимое удалено Содержимое добавлено
Исправлен год издания статьи |
Tpyvvikky (обсуждение | вклад) викификация, оформление, орфография |
||
Строка 1:
'''Метаматериа́л''' — [[композиционный материал]], свойства которого обусловлены не столько свойствами составляющих его элементов, сколько искусственно созданной периодической [[Структура|структурой]]<ref>{{книга
| автор = {{нп3|Энгета, Надер|Engheta, Nader||Nader Engheta}}; Ziolkowski, Richard W.
| заглавие = Metamaterials: Physics and Engineering Explorations
Строка 17:
|lang = en
}}</ref>.
Они представляют собой искусственно сформированные и особым образом структурированные [[Среда (значения)|среды]], обладающие [[Электромагнитное излучение|электромагнитными]] или [[Акустика|акустическими]] свойствами,
|автор = Слюсар, Вадим
|заглавие = Метаматериалы в антенной технике: история и основные принципы
Строка 34:
|номер = 3-4
|страницы = 44–60
}}</ref>. Под такими свойствами следует понимать особые значения физических параметров среды, например, отрицательные по величине значения как [[Диэлектрическая проницаемость|диэлектрической]] ε, так и [[Магнитная проницаемость|магнитной]] μ проницаемостей, пространственную структуризацию (локализацию) распределения величин этих параметров (в частности, периодическое изменение коэффициента преломления как у [[Фотоника|фотонных кристаллов]]), наличие возможности управления параметрами среды в результате внешних воздействий (метаматериалы с электрически управляемой диэлектрической и магнитной проницаемостями) и т. д.
Приставка «мета-» переводится с греческого как «вне», что позволяет трактовать термин «метаматериалы» как структуры, чьи эффективные электромагнитные свойства выходят за пределы свойств образующих их компонентов<ref name=sly1></ref><ref name=sly2></ref>.
Метаматериалы синтезируются внедрением в исходный природный материал различных периодических структур с самыми разными [[Геометрия|геометрическими]] формами, которые модифицируют [[Диэлектрическая восприимчивость|диэлектрическую]] <math>\chi_e</math> и [[магнитная восприимчивость|магнитную]] χ восприимчивости исходного материала. В очень грубом приближении такие внедрения можно рассматривать как искусственно внесенные в исходный материал атомы чрезвычайно больших размеров. Разработчик метаматериалов при их синтезировании имеет возможность выбора (варьирования) различных свободных параметров (размеры структур, форма, постоянный и переменный период между ними и т. д.).
== Свойства ==
Строка 92:
== Примеры распространения волны в левой среде ==
{|
|[[Файл:Lenses.gif|thumb|250px|Двояковыпуклая линза , сделанная из материала с отрицательным показателем преломления, расфокусирует свет, а двояковогнутая - фокусирует.]]
Строка 100 ⟶ 99 :
== Суперлинза ==
[[Пендри, Джон|Джон Пендри]]<ref>{{cite web
|url = http://www.imperial.ac.uk/people/j.pendry/publications.html
Строка 189 ⟶ 187 :
== Применение ==
В последнее время появились сообщения из ряда научных центров, что [[n:Сделан ещё один шаг к созданию плаща-невидимки|сделан ещё один шаг к созданию плаща-невидимки]]. Такой плащ позволяет сделать невидимым закрываемый им объект, поскольку он не отражает свет. Использование метаматериалов в создании [[Маскировка|маскировочной]] [[Умная одежда|умной одежды]] для военных более перспективно, чем альтернативные подходы<ref name=sly5>{{статья▼
▲В последнее время появились сообщения из ряда научных центров, что [[n:Сделан ещё один шаг к созданию плаща-невидимки|сделан ещё один шаг к созданию плаща-невидимки]]. Такой плащ позволяет сделать невидимым закрываемый им объект, поскольку он не отражает свет. Использование метаматериалов в создании маскировочной [[Умная одежда|умной одежды]] для военных более перспективно, чем альтернативные подходы<ref name=sly5>{{статья
|автор = Вадим Слюсар
|заглавие = Человек-невидимка? Проще простого!
Строка 199 ⟶ 196 :
}}</ref>.
Благодаря тому, что метаматериалы обладают отрицательным показателем преломления, они идеальны для [[Маскировка (военное дело)|маскировки]] объектов, так как их невозможно обнаружить средствами [[
|автор = Pendry JB, Smith DR
|заглавие = The quest for the superlens
Строка 211 ⟶ 208 :
}}</ref>.
Значительно растет интерес к использованию метаматериалов в радиотехнических приложениях и, в частности, в [[Антенна|антенной]] технике. Основные области их применения<ref name=sly1 /><ref name=sly2 /><ref name=sly3>{{статья
|автор = Вадим Слюсар
|заглавие = Метаматериалы в конструкциях антенн
Строка 228 ⟶ 225 :
|страницы = 10–19
}}</ref>; достижение узкой пространственной направленности элементарных излучателей, погруженных в метасреду;
изготовление антенн поверхностной волны; уменьшение взаимного влияния между элементами антенных решеток, в том числе в [[MIMO|MIMO]]-устройствах; согласование рупорных и других типов
== История ==
Первые работы в этом направлении относятся еще к 19 веку. В 1898 году Джагадис Чандра Бозе провел первый микроволновый эксперимент по исследованию [[поляризация|поляризационных]] свойств созданных им структур искривленной конфигурации<ref name=sly1 /><ref name=sly2 />. В 1914 году Линдман воздействовал на искусственные среды, представлявшие▼
В большинстве случаев история вопроса о материалах с отрицательным коэффициентом преломления начинается с упоминания работы советского физика [[Веселаго, Виктор Георгиевич|Виктора Веселаго]], опубликованной в журнале «Успехи физических наук» в [[1967]] году<ref>{{статья▼
|автор = Веселаго, В. Г.▼
|заглавие = Электродинамика веществ с одновременно отрицательными значениями ε и μ▼
|ссылка = http://ufn.ru/ru/articles/1967/7/d/▼
|издание = [[Успехи физических наук|УФН]]▼
|год = 1967▼
|месяц = 7▼
|том = 92▼
|страницы = 517–526▼
|doi = 10.3367/UFNr.0092.196707d.0517▼
}}</ref>. В статье рассказывалось о возможности существования материала с отрицательным [[коэффициент преломления|коэффициентом преломления]], который был назван «левосторонним». Автор пришёл к заключению, что с таким материалом почти все известные оптические явления распространения волн существенно изменяются, хотя в то время материалы с отрицательным коэффициентом преломления ещё не были известны. Здесь, однако, следует заметить, что в действительности значительно раньше такие «левосторонние» среды обсуждались в работе Сивухина<ref>Сивухин Д. В. // Оптика и спектроскопия, Т.3, С.308 (1957)</ref> и в статьях Пафомова<ref>Пафомов В. Е. // ЖЭТФ, Т.36, С.1853 (1959); Т.33, С.1074 (1957); Т.30, С.761 (1956)</ref>. ▼
▲Первые работы в этом направлении относятся еще к 19 веку. В 1898 году Джагадис Чандра Бозе провел первый микроволновый эксперимент по исследованию поляризационных свойств созданных им структур искривленной конфигурации<ref name=sly1 /><ref name=sly2 />. В 1914 году Линдман воздействовал на искусственные среды, представлявшие
собой множество беспорядочно ориентированных маленьких проводов, скрученных в спираль и вложенных
в фиксировавшую их среду<ref name=sly1 /><ref name=sly2 />.
В 1946–1948 Детальное описание истории вопроса можно найти в работе В. М. Аграновича и Ю. Н. Гартштейна<ref>{{статья
|автор = В. М. Агранович, Ю. Н. Гартштейн
Строка 258 ⟶ 244 :
}}</ref>, а также в публикациях Вадима Слюсаря<ref name=sly1 /><ref name=sly2 />.
▲В большинстве случаев история вопроса о материалах с отрицательным коэффициентом преломления начинается с упоминания работы советского физика [[Веселаго, Виктор Георгиевич|Виктора Веселаго]], опубликованной в журнале «Успехи физических наук» в [[1967]]
В последние годы ведутся интенсивные исследования явлений, связанных с отрицательным коэффициентом преломления. Причиной интенсификации этих исследований стало появление нового класса искусственно модифицированных материалов с особой структурой, которые называются метаматериалами. Электромагнитные свойства метаматериалов определяются элементами их внутренней структуры, размещёнными по заданной схеме на микроскопическом уровне. Поэтому свойства этих материалов можно изменять таким образом, чтобы они имели более широкий диапазон электромагнитных характеристик, включая отрицательный коэффициент преломления.▼
▲ |автор = Веселаго, В. Г.
▲ |заглавие = Электродинамика веществ с одновременно отрицательными значениями ε и μ
▲ |ссылка = http://ufn.ru/ru/articles/1967/7/d/
▲ |издание = [[Успехи физических наук|УФН]]
▲ |год = 1967
▲ |месяц = 7
▲ |том = 92
▲ |страницы = 517–526
▲ |doi = 10.3367/UFNr.0092.196707d.0517
▲}}</ref>. В статье рассказывалось о возможности существования материала с отрицательным [[коэффициент преломления|коэффициентом преломления]], который был назван «левосторонним». Автор пришёл к заключению, что с таким материалом почти все известные оптические явления распространения волн существенно изменяются, хотя в то время материалы с отрицательным коэффициентом преломления ещё не были известны. Здесь, однако, следует заметить, что в действительности значительно раньше такие «левосторонние» среды обсуждались в работе Сивухина<ref>Сивухин Д. В. // Оптика и спектроскопия, Т.3, С.308 (1957)</ref> и в статьях Пафомова<ref>Пафомов В. Е. // ЖЭТФ, Т.36, С.1853 (1959); Т.33, С.1074 (1957); Т.30, С.761 (1956)</ref>.
▲В последние годы ведутся интенсивные исследования явлений, связанных с отрицательным коэффициентом преломления<ref>[http://echo.msk.ru/programs/naukafokus/1465454-echo/ Семь открытий, которые в ближайшие 10 лет изменят нашу жизнь] из цикла НАУКА В ФОКУСЕ на «Эхо Москвы», дек 2014</ref>. Причиной интенсификации этих исследований стало появление нового класса искусственно модифицированных материалов с особой структурой, которые называются метаматериалами. Электромагнитные свойства метаматериалов определяются элементами их внутренней структуры, размещёнными по заданной схеме на микроскопическом уровне. Поэтому свойства этих материалов можно изменять таким образом, чтобы они имели более широкий диапазон электромагнитных характеристик, включая отрицательный коэффициент преломления.
[[Веселаго, Виктор Георгиевич|Веселаго]] предсказал, что определённые [[оптика|оптические явления]] будут совершенно другими в материалах с отрицательным коэффициентом преломления. Возможно, самым поразительным из них является [[преломление|рефракция]] — отклонение [[электромагнитные волны|электромагнитной волны]] при прохождении границы раздела двух сред. В нормальных условиях волна появляется на противоположной стороне линии, проходящей перпендикулярно этой границе ([[нормаль]] к поверхности). Однако, если один материал имеет положительный коэффициент преломления, а другой — отрицательный, волна будет появляться на той же стороне нормали к поверхности, что и приходящая волна. Также особым свойством метаматериалов является сильная [[Дисперсия света|дисперсия]].
==
{{примечания|2}}▼
* {{книга|автор=[[Митио Каку]]|часть=I.2. Невидимость|заглавие=Физика невозможного|оригинал=Michio Kaku. Physics of the Impossible|место=М.|издательство=[[Альпина нон-фикшн (издательство)|Альпина нон-фикшн]]|год=2009|страниц=456|isbn=978-5-91671-024-3}}
Строка 278 ⟶ 273 :
|accessdate = 2015-08-22
}}
== Примечания ==
▲{{примечания|2}}
[[Категория:Виды композитов]]
| |||