Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Метаматериал с отрицательным коэффициентом преломления заставляет свет преломляться или изгибаться иначе, чем в более распространенных материалах с положительным коэффициентом преломления, таких как стеклянные линзы.

Метаматериал с отрицательным показателем преломления или материал с отрицательным показателем преломления ( NIM ) - это метаматериал , показатель преломления которого для электромагнитной волны имеет отрицательное значение в некотором диапазоне частот. [1]

NIM состоят из периодических основных частей, называемых элементарными ячейками , которые обычно значительно меньше длины волны внешнего электромагнитного излучения . Элементарные ячейки первых экспериментально исследованных НИМ были сконструированы из материала печатных плат , или, другими словами, из проводов и диэлектриков . Как правило, эти искусственно построенные ячейки уложены друг на друга или расположены на одной плоскости и сконфигурированы по определенной повторяющейся схеме, чтобы составить индивидуальный NIM. Например, элементарные ячейки первых NIM были сложены по горизонтали и вертикали, в результате чего получился повторяющийся и задуманный шаблон (см. Изображения ниже).

Характеристики отклика каждой единичной ячейки определяются до начала строительства и основываются на предполагаемом отклике всего вновь созданного материала. Другими словами, каждая ячейка индивидуально настраивается для ответа определенным образом на основе желаемого результата NIM. Совокупный отклик в основном определяется геометрией каждой элементарной ячейки и существенно отличается от отклика составляющих ее материалов. Другими словами, NIM реагирует на новый материал, в отличие от проводов, металлов и диэлектриков, из которых он сделан. Таким образом, НИМ стал эффективным средством передачи информации . Кроме того, по сути, этот метаматериал стал «упорядоченным макроскопическимматериал, синтезируемый снизу вверх », и помимо своих компонентов обладает эмерджентными свойствами. [2]

Метаматериалы, показывающие отрицательное значение показателя преломления , часто обозначаются одной из нескольких терминологий: левосторонняя среда или левосторонний материал (LHM), среды с обратной волной (BW-среда), среды с отрицательным показателем преломления, дважды отрицательные (DNG) метаматериалы и другие подобные названия. [3]

Свойства и характеристики [ править ]

Резонатор с расщепленным кольцом массив выполненный с возможностью получения отрицательного показателя преломления , выполненный из меди с расщепленным кольцевых резонаторов и проводов , установленных на взаимосвязанных листов стекловолокна печатной платы.
Полный массив состоит из 3 элементарных ячеек по 20 × 20 с габаритными размерами 10 × 100 × 100 мм. [4] [5] Высота в 10 миллиметров соответствует чуть более шести отметкам деления на линейке, которые отмечены в дюймах.

Электродинамика сред с отрицательными показателями преломления впервые были изучены России теоретико-физик Виктор Веселаго из Московского института физики и техники в 1967 г. [6] Предложенный левшой или отрицательным показателем преломления материалы теоретизировал проявляют оптические свойства , противоположные тем , из стекла , воздуха и других прозрачных сред. Было предсказано, что такие материалы будут проявлять противоречивые свойства, такие как искривление или преломление света необычными и неожиданными способами. Однако первый практический метаматериал был создан только 33 года спустя, и он действительно породил концепции Веселаго. [1] [3] [6] [7]

В 1978 году Сергей П. Ефимов из МГТУ им. Н. Э. Баумана обнаружил неожиданный эффект в теории преломления волн. Его исследования основаны на фундаментальном свойстве уравнений Максвелла преодолевать ограничения уравнений Френеля. Он нашел параметры полностью неотражающего кристалла, т.е. анизотропной среды. Найденное свойство важно для разработки представлений о метаматериалах. [8] [9]

В настоящее время разрабатываются метаматериалы с отрицательным показателем преломления, позволяющие по-новому управлять электромагнитным излучением . Например, оптические и электромагнитные свойства природных материалов часто изменяются химическим путем . Оптические и электромагнитные свойства метаматериалов могут быть изменены путем изменения геометрии его элементарных ячеек . Элементарные ячейки представляют собой материалы, которые упорядочены в геометрическом порядке с размерами, составляющими доли длины волны излучаемой электромагнитной волны.. Каждая искусственная единица реагирует на излучение от источника. Общий результат - это более широкий, чем обычно , отклик материала на электромагнитную волну . [1] [3] [7]

Впоследствии передача изменяется путем регулирования формы, размера и конфигурации элементарных ячеек. Это приводит к контролю над параметрами материала, известными как диэлектрическая проницаемость и магнитная проницаемость . Эти два параметра (или величины) определяют распространение электромагнитных волн в веществе . Следовательно, управление значениями диэлектрической проницаемости и магнитной проницаемости означает, что показатель преломления может быть отрицательным или нулевым, а также условно положительным. Все зависит от предполагаемого применения или желаемого результата . Таким образом, оптические свойства могут быть расширены за пределы возможностей линз., зеркала и другие обычные материалы. Кроме того, одним из наиболее изученных эффектов является отрицательный показатель преломления. [1] [3] [6] [7]

Обратное распространение [ править ]

Когда возникает отрицательный показатель преломления, распространение электромагнитной волны меняется на противоположное. Становится возможным разрешение ниже дифракционного предела . Это известно как субволновая визуализация . Еще одна возможность - передача луча света через электромагнитно плоскую поверхность. Напротив, обычные материалы обычно изогнуты и не могут достичь разрешения ниже дифракционного предела. Кроме того, обращение электромагнитных волн в материале в сочетании с другими обычными материалами (включая воздух) может привести к минимизации потерь, которые обычно происходят. [1] [3] [6] [7]

Оборот электромагнитной волны, характеризующийся антипараллельной фазовой скоростью , также является индикатором отрицательного показателя преломления. [1] [6]

Кроме того, материалы с отрицательным коэффициентом преломления представляют собой композитные материалы, изготовленные на заказ. Другими словами, материалы комбинируются с желаемым результатом. Комбинации материалов могут быть разработаны для достижения оптических свойств, невидимых в природе. Свойства композитного материала проистекают из его решетчатой ​​структуры, состоящей из компонентов, размер которых меньше длины падающей электромагнитной волны, разделенных расстояниями, которые также меньше длины падающей электромагнитной волны. Точно так же, изготовляя такие метаматериалы исследователи пытаются преодолеть фундаментальные пределы , привязанные к длине волны от света . [1] [3] [7] Необычные и противоречащие интуиции свойства в настоящее время находят практическое и коммерческое применение для управления электромагнитными микроволнами в беспроводных системах и системах связи . Наконец, продолжаются исследования в других областях электромагнитного спектра , включая видимый свет . [7] [10]

Материалы [ править ]

Первые фактические метаматериалы работал в микроволновом режиме, или сантиметровых длин волн , от электромагнитного спектра (около 4,3 ГГц). Он был построен из резонаторов с разъемным кольцом и проводящих прямых проводов (как элементарных ячеек). Размер элементарных ячеек составлял от 7 до 10 миллиметров . Элементарные ячейки были расположены в двумерном ( периодическом ) повторяющемся шаблоне, который дает кристаллоподобную геометрию. Как элементарные ячейки, так и шаг решеткибыли меньше излучаемой электромагнитной волны. Это произвело первый левосторонний материал, когда диэлектрическая проницаемость и магнитная проницаемость материала были отрицательными. Эта система основана на резонансном поведении элементарных ячеек. Ниже группа исследователей развивает идею левого метаматериала, который не полагается на такое резонансное поведение.

Исследования в микроволновом диапазоне продолжаются с использованием кольцевых резонаторов и токопроводящих проводов. Исследования также продолжаются в более коротких длинах волн с этой конфигурацией материалов, а размеры элементарной ячейки уменьшены. Однако при частоте около 200 терагерц возникают проблемы, из-за которых использование разъемного кольцевого резонатора становится проблематичным. « Альтернативные материалы становятся более подходящими для терагерцового и оптического режимов ». На этих длинах волн становится важным выбор материалов и ограничения по размерам. [1] [4] [11] [12]Например, в 2007 году проволочная сетка 100 нанометров, сделанная из серебра и сплетенная по повторяющемуся узору, передавала лучи на длине волны 780 нанометров, дальнем конце видимого спектра. Исследователи полагают, что это привело к отрицательной рефракции 0,6. Тем не менее, он работает только на одной длине волны, как и его предшественники из метаматериалов в микроволновом режиме. Следовательно, задача состоит в том, чтобы изготовить метаматериалы так, чтобы они «преломляли свет на все меньших длинах волн», и развить широкополосные возможности. [13] [14]

Искусственные линии передачи данных [ править ]

Основная статья: Антенна из метаматериала

В литературе по метаматериалам среда или среда относится к среде передачи или оптической среде . В 2002 году группа исследователей пришла к выводу, что в отличие от материалов, которые зависят от резонансного поведения, нерезонансные явления могут превосходить узкие ограничения полосы пропускания конфигурации проволочного / разъемного кольцевого резонатора . Эта идея превратилась в тип среды с более широкими возможностями полосы пропускания, отрицательной рефракцией , обратными волнами и фокусировкой за пределами дифракционного предела .

Они отказались от резонаторов с разрезным кольцом и вместо этого использовали сеть линий передачи, нагруженных LC. В метаматериальной литературе это стало известно как искусственная среда передачи . В то время у него было дополнительное преимущество, заключающееся в том, что он был более компактным, чем блок из проводов и разъемных кольцевых резонаторов. Сеть была как масштабируемой (от мегагерц до десятков гигагерц ), так и настраиваемой. Он также включает метод фокусировки интересующих длин волн . [15]К 2007 году линия передачи с отрицательным показателем преломления использовалась в качестве субволновой фокусирующей плоской линзы в свободном пространстве. То, что это объектив для свободного пространства, является значительным достижением. Часть предыдущих исследований была направлена ​​на создание линзы, которую не нужно было встраивать в линию передачи. [16]

Оптический домен [ править ]

Основные статьи: Фотонный метаматериал и плазмонный метаматериал

Компоненты метаматериала сжимаются, поскольку исследования исследуют более короткие длины волн (более высокие частоты) электромагнитного спектра в инфракрасном и видимом спектрах . Например, теория и эксперимент исследовали меньшие подковообразные разъемные кольцевые резонаторы, разработанные литографическими методами [17] [18], а также парные металлические наностержни или нанополоски [19] и наночастицы в виде схем, разработанных с моделями сосредоточенных элементов [20].

Приложения [ править ]

Наука о материалах с отрицательным коэффициентом преломления сравнивается с традиционными устройствами, которые транслируют, передают, формируют или принимают электромагнитные сигналы, которые проходят по кабелям, проводам или воздуху. Материалы, устройства и системы, задействованные в этой работе, могут быть изменены или усилены. Следовательно, это уже происходит с антеннами из метаматериала [21] и соответствующими устройствами, которые имеются в продаже. Более того, в области беспроводной связи эти устройства для метаматериалов продолжают исследоваться. Другие приложения также исследуются. Это поглотители электромагнитных волн, такие как поглотители РЛС-СВЧ , электрически малогабаритные резонаторы , волноводы.которые могут выходить за дифракционный предел , фазокомпенсаторы , усовершенствования в фокусирующих устройствах (например, микроволновые линзы ) и улучшенные электрически малогабаритные антенны. [22] [23] [24] [25]

В режиме оптических частот разработка суперлинзы может позволить получать изображения ниже дифракционного предела . Другими потенциальными приложениями для метаматериалов с отрицательным показателем преломления являются оптическая нанолитография , схемы нанотехнологий , а также суперлинзы ближнего поля (Pendry, 2000), которые могут быть полезны для биомедицинской визуализации и субволновой фотолитографии. [25]

Управление диэлектрической проницаемостью и магнитной проницаемостью [ править ]

Преломление света на границе раздела двух сред с разными показателями преломления , где n 2 > n 1 . Поскольку во второй среде скорость ниже (v 2 <v 1 ), угол преломления θ 2 меньше угла падения θ 1 ; то есть луч в среде с более высоким показателем преломления ближе к нормальному.

Для описания любых электромагнитных свойств данного ахирального материала, такого как оптическая линза , есть два важных параметра. Эти диэлектрической проницаемости , и проницаемость , , что позволяет точное предсказание световых волн , распространяющихся в пределах материалов и электромагнитных явлений , которые происходят на границе раздела двух материалов. [26]

Например, преломление - это электромагнитное явление, которое возникает на границе раздела двух материалов. Закон Снеллиуса гласит, что связь между углом падения пучка электромагнитного излучения (света) и результирующим углом преломления зависит от показателей преломления двух сред (материалов). Показатель преломления ахиральной среды равен . [27] Отсюда видно, что показатель преломления зависит от этих двух параметров. Следовательно, если спроектированные или произвольно измененные значения могут быть входными и, то поведением распространяющихся электромагнитных волн внутри материала можно по желанию манипулировать. Эта способность позволяет намеренно определять показатель преломления. [26]

Видео, показывающее отрицательное преломление света на однородной плоской границе раздела.

Например, в 1967 году Виктор Веселаго аналитически определил, что свет будет преломляться в обратном направлении (отрицательно) на границе раздела между материалом с отрицательным показателем преломления и материалом с обычным положительным показателем преломления . Этот необычный материал был реализован на бумаге с одновременными отрицательными значениями для , и , и, следовательно, мог быть назван двойным отрицательным материалом. Однако во времена Веселаго материал, который одновременно демонстрирует двойные отрицательные параметры, казался невозможным, потому что не существовало никаких природных материалов, которые могли бы произвести такой эффект. Поэтому его работы игнорировались в течение трех десятилетий. [26] Позже он был номинирован на Нобелевскую премию.

В 1987 году Сергей П. Ефимов использовал фундаментальное свойство уравнений Максвелла для преодоления ограничений формул Френеля. [8] Он изменил масштаб оси Z: Z '= Z / K, т.е. пустая среда с ε = 1 сжимается по Z. Следовательно, уравнения Максвелла переходят в уравнения для макроскопической анизотропной среды с тензорами ε и μ . Диэлектрическая проницаемость ε z по оси Z равна K, когда поперечное ε tr равно 1 / K. Проницаемость μ z равна K, а поперечная - μ trравно 1 / K. Волна в пустом пространстве переходит в преломленную волну. Следовательно, найденный кристалл не имеет отражения ни под каким углом и ни на какой частоте. Прямой расчет дает коэффициент отражения равным нулю, что похоже на «квантовый эффект». Очень важно, что параметр K может быть отрицательным и сложным, даже если источником эффекта является только свойство «сжатия». Сергей П. Ефимов применил аналогичное преобразование для уравнений акустической волны. [9] Три концепции: среда с отрицательным показателем преломления, неотражающий кристалл и суперлинза являются основами теории метаматериалов. [28] [29] [30]

В целом физические свойства из натуральных материалов вызывают ограничение. Большинство диэлектриков имеют только положительную диэлектрическую проницаемость, > 0. Металлы будут иметь отрицательную диэлектрическую проницаемость, <0 на оптических частотах, а плазма покажет отрицательные значения диэлектрической проницаемости в определенных частотных диапазонах. Pendry et al. продемонстрировали, что плазменная частота может быть достигнута в более низких микроволновых частотах для металлов с помощью материала, сделанного из металлических стержней, который заменяет основной металл . Однако в каждом из этих случаев проницаемость всегда остается положительной. На микроволновых частотах отрицательные μ могут возникать в некоторых ферромагнетиках.материалы. Но недостатком является то, что их трудно найти выше терагерцовых частот. В любом случае природный материал, который может одновременно достигать отрицательных значений диэлектрической проницаемости и проницаемости, не был обнаружен или обнаружен. Следовательно, все это привело к созданию искусственных композитных материалов, известных как метаматериалы, для достижения желаемых результатов. [26]

Отрицательный показатель преломления из-за хиральности [ править ]

В случае хиральных материалов показатель преломления зависит не только от диэлектрической проницаемости и проницаемости , но и от параметра хиральности , в результате чего получаются различные значения для волн с левой и правой круговой поляризацией, определяемые выражением

Отрицательный индекс будет иметь место для волн одной круговой поляризации, если > . В этом случае нет необходимости, чтобы одно или оба и были отрицательными для достижения отрицательного показателя преломления. Отрицательный показатель преломления из-за хиральности был предсказан Пендри [31] и Третьяковым и др. , [32] и впервые наблюдались одновременно и независимо Plum et al. [33] и Zhang et al. [34] в 2009 году.

Физические свойства, никогда ранее не возникавшие в природе [ править ]

Теоретические статьи были опубликованы в 1996 и 1999 годах, которые показали, что синтетические материалы могут быть сконструированы так, чтобы намеренно демонстрировать отрицательную диэлектрическую проницаемость и проницаемость . [примечание 1]

Эти статьи, наряду с теоретическим анализом свойств материалов с отрицательным коэффициентом преломления, проведенным Веселаго в 1967 году, послужили основой для создания метаматериала с отрицательной эффективной диэлектрической проницаемостью и проницаемостью. [35] [36] [37] См. Ниже.

Метаматериал разработан , чтобы показать поведение отрицательного индекса , как правило , формируются из отдельных компонентов. Каждый компонент по-разному и независимо реагирует на излучаемую электромагнитную волну, проходящую через материал. Поскольку эти компоненты меньше излучаемой длины волны, понятно, что макроскопическое представление включает в себя эффективное значение как диэлектрической проницаемости, так и проницаемости. [35]

Композитный материал [ править ]

В 2000 году группа исследователей UCSD Дэвида Р. Смита произвела новый класс композитных материалов , нанеся структуру на подложку печатной платы, состоящую из ряда тонких медных разъемных колец и обычных сегментов проводов, нанизанных параллельно проводам. кольца. Этот материал обладал необычными физическими свойствами , которые никогда не наблюдались в природе. Эти материалы подчиняются законам физики , но ведут себя иначе, чем обычные материалы. По сути, эти метаматериалы с отрицательным показателем преломления были известны своей способностью изменять многие физические свойства.которые управляют поведением обычных оптических материалов. Одно из этих необычных свойств - способность впервые обратить вспять закон преломления Снеллиуса . До демонстрации отрицательного показателя преломления микроволн командой UCSD этот материал был недоступен. Достижения 1990-х годов в области изготовления и вычислительных возможностей позволили создать эти первые метаматериалы . Таким образом, «новый» метаматериал был испытан на эффекты, описанные Виктором Веселаго 30 годами ранее. Исследования этого эксперимента, которые последовали вскоре после этого, показали, что произошли другие эффекты. [5] [35] [36] [38]

С антиферромагнетиками и некоторыми типами изолирующих ферромагнетиков эффективная отрицательная магнитная проницаемость достижима при наличии поляритонного резонанса. Однако для достижения отрицательного показателя преломления диэлектрическая проницаемость с отрицательными значениями должна находиться в том же частотном диапазоне. Искусственно изготовленный резонатор с разъемным кольцом - это конструкция, которая выполняет это, наряду с обещанием гашения высоких потерь. С этим первым введением метаматериала оказалось, что понесенные потери были меньше, чем у антиферромагнетиков или ферромагнетиков. [5]

Когда впервые был продемонстрирован в 2000 году, композитный материал (NIM) был ограничен пропусканием микроволнового излучения на частотах от 4 до 7 гигагерц (длина волны 4,28–7,49 см). Этот диапазон находится между частотами бытовых микроволновых печей ( ~ 2,45  ГГц , 12,23 см) и военных радаров (~ 10 ГГц, 3 см). На продемонстрированных частотах импульсы электромагнитного излучения, проходящие через материал в одном направлении, состоят из составляющих волн, движущихся в противоположном направлении. [5] [38] [39]

Метаматериал был сконструирован как периодическая матрица из медных разъемных колец и проводящих элементов, нанесенных на подложку печатной платы. Конструкция была такова, что ячейки и расстояние между ячейками были намного меньше длины излучаемой электромагнитной волны . Следовательно, он ведет себя как эффективная среда . Материал стал примечательным, потому что его диапазон (эффективной) диэлектрической проницаемости ε eff и проницаемости μ effзначения превышают те, которые можно найти в любом обычном материале. Кроме того, особенно примечательна характеристика отрицательной (эффективной) проницаемости, проявляемая этой средой, поскольку она не была обнаружена в обычных материалах. Кроме того, отрицательные значения для магнитного компонента напрямую связаны с его левой номенклатурой и свойствами (обсуждаемыми в разделе ниже). Сплит-кольцевой резонатор (СРР), основываясь на предшествующем уровне 1999 теоретической статьи, является инструментом , используемым для достижения отрицательной магнитной проницаемости. Этот первый композитный метаматериал состоит из резонаторов с разъемным кольцом и электропроводящих столбов. [5]

Первоначально эти материалы демонстрировались только на длинах волн больше, чем в видимом спектре . Кроме того, первые NIM изготавливались из непрозрачных материалов и обычно из немагнитных компонентов. В качестве иллюстрации, однако, если эти материалы построены на видимых частотах , и на получившуюся плиту NIM будет светить фонарик , материал должен фокусировать свет в точке с другой стороны. Это невозможно с листом обычного непрозрачного материала. [1] [5] [38] В 2007 году NIST в сотрудничестве с Atwater Lab в Калифорнийском технологическом институтесоздал первый НИМ, активный на оптических частотах. Совсем недавно (по состоянию на 2008 год ) слоистые сетчатые материалы NIM, изготовленные из кремниевой и серебряной проволоки, были интегрированы в оптические волокна для создания активных оптических элементов. [40] [41] [42]

Одновременная отрицательная диэлектрическая проницаемость и магнитная проницаемость [ править ]

Отрицательная диэлектрическая проницаемость ε eff <0 уже была обнаружена и реализована в металлах для частот вплоть до плазменной частоты , еще до появления первого метаматериала. Есть два требования для получения отрицательного значения преломления . Во-первых, это изготовление материала, который может обеспечить отрицательную проницаемость μ eff <0. Во-вторых, отрицательные значения диэлектрической проницаемости и проницаемости должны возникать одновременно в общем диапазоне частот. [1] [35]

Следовательно, для первого метаматериала гайки и болты представляют собой один резонатор с разъемным кольцом, электромагнитно объединенный с одним (электрическим) проводящим штырем. Они предназначены для резонанса на определенных частотах для достижения желаемых значений. Глядя на структуру разрезного кольца, можно увидеть, что соответствующая диаграмма магнитного поля от SRR является дипольной . Это дипольное поведение примечательно, потому что это означает, что оно имитирует атом природы , но в гораздо большем масштабе, например, в этом случае на 2,5 миллиметра . Атомы существуют в масштабе пикометров .

Раскол в кольцах создает динамику , где элементарная ячейка SRR может быть сделана резонансной на излучаемых длины волн , значительно больших , чем диаметр колец. Если бы кольца были замкнуты, граница на половину длины волны была бы электромагнитно наложена как требование для резонанса . [5]

Разрез во втором кольце ориентирован противоположно разрезу в первом кольце. Он нужен для создания большой емкости , которая возникает в небольшом зазоре. Эта емкость существенно снижает резонансную частоту при концентрации электрического поля . Отдельный SRR, изображенный справа, имел резонансную частоту 4,845 ГГц , также показана резонансная кривая, вставленная на график. Отмечается, что радиационные потери от поглощения и отражения невелики, поскольку размеры блока намного меньше длины излучаемой волны в свободном пространстве . [5]

Когда эти блоки или ячейки объединяются в периодическое устройство , магнитная связь между резонаторами усиливается, и возникает сильная магнитная связь . Начинают проявляться свойства, уникальные по сравнению с обычными или традиционными материалами. Во-первых, эта периодическая сильная связь создает материал, который теперь имеет эффективную магнитную проницаемость μ eff в ответ на излучаемое падающее магнитное поле. [5]

Полоса пропускания из композитного материала [ править ]

Графически изображая общую дисперсионную кривую , можно увидеть область распространения от нуля до нижнего края полосы , за которой следует промежуток, а затем верхняя полоса пропускания . Наличие зазора в 400 МГц между 4,2 ГГц и 4,6 ГГц подразумевает полосу частот, в которой встречается μ eff <0.

( См. Изображение в предыдущем разделе )

Кроме того, когда провода добавляются симметрично между разрезными кольцами, полоса пропускания возникает в ранее запрещенной зоне кривых дисперсии разрезного кольца. То, что эта полоса пропускания находится в ранее запрещенной области, указывает на то, что отрицательный ε eff для этой области объединился с отрицательным μ eff, чтобы обеспечить распространение, что согласуется с теоретическими предсказаниями. Математически дисперсионное соотношение приводит к полосе с отрицательной групповой скоростью всюду и шириной полосы, которая не зависит от плазменной частоты в указанных условиях. [5]

Математическое моделирование и эксперимент оба показали , что периодически выстроены проводящих элементов (немагнитные по своей природе) отвечают главным образом к магнитной составляющей от падающих электромагнитных полей . В результате получается эффективная среда и отрицательные значения μ eff в диапазоне частот. Проницаемость была проверена как область запрещенной зоны, где возникает разрыв при распространении - от конечного сечения материала. Это было объединено с материалом с отрицательной диэлектрической проницаемостью, ε eff <0, чтобы сформировать «левую» среду, которая сформировала полосу распространения с отрицательной групповой скоростью там, где раньше было только затухание. Это подтвержденные прогнозы. Кроме того, более поздняя работа определила, что этот первыйметаматериал имел диапазон частот, в котором показатель преломления, как предполагалось, был отрицательным для одного направления распространения (см. ссылку № [1] ). Другие предсказанные электродинамические эффекты подлежали исследованию в других исследованиях. [5]

Описание материала для левшей [ править ]

Сравнение преломления в метаматериале с отрицательным показателем преломления и в обычном материале, имеющем такой же, но положительный показатель преломления. Падающий луч θ входит из воздуха и преломляется в нормальном (θ ') или метаматериале (-θ').

Из выводов, сделанных в предыдущем разделе, можно определить левосторонний материал (LHM). Это представляет собой материал , который проявляет одновременно отрицательные значения для диэлектрической проницаемости , е, и проницаемости , ц, в перекрывающей области частот. Поскольку значения получены из эффектов всей системы композитной среды в целом, они определяются как эффективная диэлектрическая проницаемость, ε eff , и эффективная проницаемость, μ eff . Затем выводятся действительные значения для обозначения значения отрицательного показателя преломления и волновых векторов . Это означает, что на практике для данной среды, используемой для передачи, будут возникать потери.электромагнитное излучение, такое как микроволны , или инфракрасные частоты, или видимый свет - например. В этом случае реальные значения описывают либо амплитуду, либо интенсивность прошедшей волны относительно падающей волны, игнорируя при этом незначительные значения потерь. [4] [5]

Изотропный отрицательный индекс в двух измерениях [ править ]

В приведенных выше разделах первый изготовленный метаматериал был сконструирован с резонирующими элементами , которые имели одно направление падения и поляризацию . Другими словами, эта структура демонстрирует левостороннее распространение в одном измерении. Это обсуждалось в связи с основополагающей работой Веселаго 33 года назад (1967). Он предсказал, что материалу, который проявляет отрицательные значения эффективной диэлектрической проницаемости и магнитной проницаемости , свойственно несколько типов обратных физических явлений . Следовательно, как и ожидалось, возникла острая необходимость в многомерных LHM для подтверждения теории Веселаго. Подтверждение будет включать в себя отменуЗакон Снеллиуса (показатель преломления) и другие обратные явления.

В начале 2001 года было сообщено о существовании многомерной структуры. Он был двумерным и продемонстрировал как эксперимент, так и численное подтверждение. Это был LHM , композит, состоящий из полос проводов, установленных за резонаторами с разрезным кольцом (SRR) в периодической конфигурации. Он был создан специально для того, чтобы быть пригодным для дальнейших экспериментов, чтобы произвести эффекты, предсказанные Веселаго. [4]

Экспериментальная проверка отрицательного показателя преломления [ править ]

Резонатор с разъемным кольцом, состоящий из внутреннего квадрата с разрезом на одной стороне, встроенного во внешний квадрат с разрезом на другой стороне. Резонаторы с разъемным кольцом находятся на передней и правой поверхностях квадратной решетки, а одиночные вертикальные провода находятся на задней и левой поверхностях. [5]

Теоретическая работа, опубликованная в 1967 году советским физиком Виктором Веселаго, показала, что показатель преломления с отрицательными значениями возможен и что это не нарушает законы физики. Как обсуждалось ранее (выше), первый метаматериал имел диапазон частот, в котором прогнозировалось, что показатель преломления будет отрицательным для одного направления распространения . Об этом было сообщено в мае 2000 года. [1] [6] [43]

В 2001 году группа исследователей сконструировала призму, состоящую из метаматериалов (метаматериалы с отрицательным показателем преломления), чтобы экспериментально проверить отрицательный показатель преломления. В эксперименте использовался волновод, который помогал передавать нужную частоту и изолировать материал. Этот тест достиг своей цели, поскольку успешно подтвердил отрицательный показатель преломления. [1] [6] [44] [45] [46] [47] [48]

За экспериментальной демонстрацией отрицательного показателя преломления последовала еще одна демонстрация в 2003 году обращения закона Снеллиуса или обратного преломления. Однако в этом эксперименте материал с отрицательным показателем преломления находится в свободном пространстве от 12,6 до 13,2 ГГц. Хотя диапазон излучаемых частот примерно такой же, заметным отличием является то, что этот эксперимент проводится в свободном пространстве, а не с использованием волноводов. [49]

Для подтверждения достоверности отрицательного преломления был рассчитан поток энергии волны, прошедшей через дисперсионный левосторонний материал, и проведено сравнение с дисперсионным правосторонним материалом. Используется передача падающего поля, состоящего из многих частот, от изотропного недисперсного материала в изотропную диспергирующую среду. Направление потока мощности как для недисперсных, так и для диспергирующих сред определяется усредненным по времени вектором Пойнтинга . Было показано, что отрицательная рефракция возможна для сигналов с несколькими частотами путем явного вычисления вектора Пойнтинга в LHM. [50]

Основные электромагнитные свойства НИМ [ править ]

В пластине из обычного материала с обычным показателем преломления - правого материала (RHM) - фронт волны передается от источника. В NIM волновой фронт движется к источнику. Однако величина и направление потока энергии по существу остаются одинаковыми как в обычном материале, так и в NIM. Поскольку поток энергии в обоих материалах (средах) остается одинаковым, импеданс NIM соответствует RHM. Следовательно, знак внутреннего импеданса в NIM все еще положительный. [51] [52]

Свет, падающий на левосторонний материал, или NIM, будет изгибаться в ту же сторону, что и падающий луч, и для выполнения закона Снеллиуса угол преломления должен быть отрицательным. В пассивной метаматериальной среде это определяет отрицательную действительную и мнимую части показателя преломления. [3] [51] [52]

Отрицательный показатель преломления в материалах для левшей [ править ]

Левая ориентация показана слева, а правая - справа.

В 1968 году работа Виктора Веселаго показала, что противоположные направления плоских электромагнитных волн и потока энергии были получены из индивидуальных уравнений Максвелла ротор . В обычных оптических материалах уравнение ротора для электрического поля показывает «правило правой руки» для направлений электрического поля E , магнитной индукции B и распространения волны, которая идет в направлении волнового вектора k . Однако направление потока энергии, образованное E × H, является правым только тогда, когда проницаемость больше нуля . Это означает, что когда проницаемость меньше нуля, например отрицательная, распространение волны является обратным (определяется k) и направлено против направления потока энергии. Кроме того, отношения векторов E , H и k образуют « левую» систему - и именно Веселаго ввел термин «левосторонний» (LH) материал, который широко используется сегодня (2011). Он утверждал , что LH материал имеет отрицательный показатель преломления и полагались на стационарных решений в уравнениях Максвелла в качестве центра для его аргументации. [53]

После 30-летнего перерыва, когда материалы LH были наконец продемонстрированы, можно сказать, что обозначение отрицательного показателя преломления является уникальным для систем LH; даже по сравнению с фотонными кристаллами . Фотонные кристаллы, как и многие другие известные системы, могут демонстрировать необычное поведение при распространении, например изменение фазовых и групповых скоростей. Но отрицательное преломление не возникает в этих системах, как и в фотонных кристаллах. [53] [54] [55]

Отрицательное преломление на оптических частотах [ править ]

Отрицательный показатель преломления в оптическом диапазоне был впервые продемонстрирован в 2005 г. Шалаевым и др. (на длине волны связи λ = 1,5 мкм) [19] и Brueck et al. (при λ = 2 мкм) почти одновременно. [56]

По состоянию на июль 2013 года , несколько аномальных исследований объявили отрицательное преломление на отдельных частотах в видимой области спектра , [57] [58] [59] , но результаты некоторых из этих демонстраций рассматриваются неоднозначно последующими исследованиями. [ необходима цитата ]

Экспериментальная проверка обращенного черенковского излучения [ править ]

Помимо обратных значений показателя преломления , Веселаго предсказал возникновение обращенного черенковского излучения (также известного как CR) в левой среде. В 1934 году Павел Черенков открыл когерентное излучение , возникающее при бомбардировке определенных типов сред быстродвижущимися электронными пучками. В 1937 году теория, основанная на КЛ, заявила, что когда заряженные частицы, такие как электроны, движутся через среду со скоростью, превышающей скорость света в среде, только тогда КЛ будет излучать. Когда возникает CR, электромагнитное излучение излучается в форме конуса, разветвляясь в прямом направлении.

CR и теория 1937 года привели к большому количеству приложений в физике высоких энергий. Заметное применение - черенковские счетчики. Они используются для определения различных свойств заряженной частицы, таких как ее скорость, заряд, направление движения и энергия. Эти свойства важны для идентификации различных частиц. Например, счетчики были применены при открытии антипротона и J / ψ-мезона . Шесть больших черенковских счетчиков использовались при открытии J / ψ-мезона.

Обращенное черенковское излучение было трудно экспериментально доказать. [60] [61]

Другая оптика с NIM [ править ]

Теоретическая работа, наряду с численным моделированием , началась в начале 2000-х годов, посвященных способности пластин DNG для фокусировки субволновых волн . Исследование началось с предложенной Пендри « Идеальной линзы ». Несколько исследований, последовавших за Пендри, пришли к выводу, что «идеальная линза» возможна в теории, но непрактична. Одно направление в фокусировке субволнового диапазона продолжалось с использованием метаматериалов с отрицательным показателем преломления, но на основе усовершенствований для получения изображений с помощью поверхностных плазмонов. В другом направлении исследователи исследовали параксиальные аппроксимации плит НИМ. [3]

Последствия использования отрицательных преломляющих материалов [ править ]

Наличие материалов с отрицательным преломлением может привести к изменению электродинамических расчетов для случая проницаемости μ = 1. Переход от обычного показателя преломления к отрицательному значению дает неверные результаты для обычных расчетов, поскольку некоторые свойства и эффекты были изменены. Когда проницаемость μ имеет значения, отличные от 1, это влияет на закон Снеллиуса , эффект Доплера , излучение Черенкова , уравнения Френеля и принцип Ферма . [12]

Преломления является основным для науки оптики. Смещение показателя преломления к отрицательному значению может быть причиной пересмотра или пересмотра интерпретации некоторых норм или основных законов . [25]

Патент США на левосторонний композитный носитель [ править ]

Первый патент США, выданный на изготовленный метаматериал, - это патент США 6,791,432 , озаглавленный «Композитная среда для левой руки». Перечисленные изобретатели - Дэвид Р. Смит , Шелдон Шульц , Норман Кролл , Ричард А. Шелби .

Изобретение обеспечивает одновременную отрицательную диэлектрическую проницаемость и магнитную проницаемость в общей полосе частот. Материал может объединять среды, которые уже являются композитными или сплошными, но которые будут давать отрицательную диэлектрическую проницаемость и проницаемость в том же спектре частот. Различные типы непрерывных или композитных материалов могут считаться подходящими, если их комбинировать для достижения желаемого эффекта. Однако предпочтительно включение периодической матрицы проводящих элементов. Матрица рассеивает электромагнитное излучение на длинах волн, превышающих размер элемента и шаг решетки. Затем массив рассматривается как эффективный носитель . [62]

Аномальная дисперсия [ править ]

Распространение гауссова светового импульса через среду с аномальной дисперсией. [63] [64] Однако скорость передачи информации всегда ограничена c . [63] [65]

См. Также [ править ]

  • История метаматериалов
  • Superlens
  • Маскировка метаматериала
  • Фотонные метаматериалы
  • Антенна из метаматериала
  • Нелинейные метаматериалы
  • Фотонный кристалл
  • Сейсмические метаматериалы
  • Резонатор с разъемным кольцом
  • Акустические метаматериалы
  • Поглотитель из метаматериала
  • Метаматериал
  • Плазмонные метаматериалы
  • Терагерцовые метаматериалы
  • Настраиваемые метаматериалы
  • Трансформационная оптика
  • Теории маскировки
Академические журналы
  • Метаматериалы (журнал)
Книги по метаматериалам
  • Справочник по метаматериалам
  • Метаматериалы: физика и инженерные изыскания

Заметки [ править ]

 Эта статья включает материалы, являющиеся  общественным достоянием, с веб-сайтов или документы правительства США . - NIST

  1. ^ Отрицательное разрешение было исследовано в группе исследовательских работ, которые включали:
    • Пендри, JB; и другие. (1996). «Чрезвычайно низкочастотные плазмоны в металлических микроструктурах» . Phys. Rev. Lett. 76 (25): 4773–4776. Bibcode : 1996PhRvL..76.4773P . DOI : 10.1103 / physrevlett.76.4773 . PMID  10061377 . S2CID  35826875 .

    Эффективная проницаемость с большими положительными и отрицательными значениями была изучена в следующих исследованиях:
    • Пендри, JB; Холден, AJ; Роббинс, диджей; Стюарт, WJ (1999). «Магнетизм проводников и усиленные нелинейные явления» (PDF) . Протоколы IEEE по теории и методам микроволнового излучения . 47 (11): 2075–2084. Bibcode : 1999ITMTT..47.2075P . CiteSeerX  10.1.1.564.7060 . DOI : 10.1109 / 22.798002 . Проверено 7 июля 2009 .
    • Cai, W .; Четтиар, Великобритания; Юань, Х.-К .; де Сильва, ВК; Кильдишев А.В.; Драчев В.П .; Шалаев, ВМ (2007). «Метамагнетики с цветами радуги» (PDF) . Оптика Экспресс . 15 (6): 3333–3341. Bibcode : 2007OExpr..15.3333C . DOI : 10,1364 / OE.15.003333 . PMID  19532574 .

Ссылки [ править ]

  1. ^ Б с д е е г ч я J к л м Шелби, РА; Smith DR; Шульц С. (2001). «Экспериментальная проверка отрицательного показателя преломления». Наука . 292 (5514): 77–79. Bibcode : 2001Sci ... 292 ... 77S . CiteSeerX 10.1.1.119.1617 . DOI : 10.1126 / science.1058847 . PMID 11292865 . S2CID 9321456 .   
  2. ^ Сихвола, А. (2002) «Электромагнитное появление в метаматериалах: деконструкция терминологии сложных сред» , стр. 3–18 в « Достижения в области электромагнетизма сложных сред и метаматериалов» . Зухди, Саид; Сихвола, Ари и Арсалан, Мохамед (ред.). Kluwer Academic. ISBN 978-94-007-1067-2 . 
  3. ^ a b c d e f g h В литературе наиболее широко используются обозначения «двойное отрицание» и «левостороннее». Engheta, N .; Циолковски, RW (2006). Метаматериалы: физика и инженерные изыскания . Wiley & Sons . Глава 1. ISBN 978-0-471-76102-0.
  4. ^ а б в г Шелби, РА; Смит, Д.Р .; Шульц, С .; Немат-Насер, SC (2001). «Передача микроволн через двумерный изотропный левосторонний метаматериал» (PDF) . Письма по прикладной физике . 78 (4): 489. Bibcode : 2001ApPhL..78..489S . DOI : 10.1063 / 1.1343489 . Архивировано из оригинального (PDF) 18 июня 2010 года.
  5. ^ Б с д е е г ч я J к л м Смит, ДР; Падилла, Вилли; Vier, D .; Nemat-Nasser, S .; Шульц, С. (2000). «Композитная среда с одновременно отрицательной проницаемостью и диэлектрической проницаемостью» (PDF) . Письма с физическим обзором . 84 (18): 4184–7. Bibcode : 2000PhRvL..84.4184S . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.84.4184 . PMID 10990641 . Архивировано из оригинального (PDF) 18 июня 2010 года.  
  6. ^ Б с д е е г Веселаго В.Г. (1968). «Электродинамика веществ с одновременно отрицательными значениями ε и μ» . Успехи советской физики . 10 (4): 509–514. Bibcode : 1968SvPhU..10..509V . DOI : 10.1070 / PU1968v010n04ABEH003699 .
  7. ^ a b c d e f "Трехмерные плазмонные метаматериалы" . Исследование плазмонных метаматериалов . Национальный институт стандартов и технологий . 20 августа 2009 . Проверено 2 января 2011 .
  8. ^ a b Ефимов, Сергей П. (1978). «Сжатие электромагнитных волн анизотропными средами (модель неотражающего кристалла)». Радиофизика и квантовая электроника . 21 (2): 916–920. DOI : 10.1007 / BF01031726 . S2CID 119528164 . 
  9. ^ а б Ефимов СП (1979). «Сжатие волн искусственной анизотропной средой» (PDF) . Acust. Ж. . 25 (2): 234–238.
  10. ^ Стратегия увеличения пропускной способности для достижения отрицательного индекса: Chevalier, CT; Уилсон, JD (ноябрь 2004 г.). "Оптимизация полосы частот левостороннего метаматериала" (PDF) . Исследовательский центр Гленна . NASA / TM - 2004-213403 . Проверено 11 июня 2011 .
  11. ^ Болтасева, А .; Шалаев, В. (2008). «Производство оптических метаматериалов с отрицательным индексом: последние достижения и перспективы» (PDF) . Метаматериалы . 2 (1): 1–17. Bibcode : 2008MetaM ... 2 .... 1B . DOI : 10.1016 / j.metmat.2008.03.004 .
  12. ^ a b Веселаго, Виктор Г (2003). «Электродинамика материалов с отрицательным показателем преломления». Успехи физ . 46 (7): 764. Bibcode : 2003PhyU ... 46..764V . DOI : 10.1070 / PU2003v046n07ABEH001614 .
    • Альтернативный источник :
    • Лим Хок; Онг Чонг Ким; Сергей Матицин (7–12 декабря 2003 г.). Электромагнитные материалы . Труды Симпозиума F ((ICMAT 2003) изд.). SUNTEC, Сингапур: World Scientific. С. 115–122. ISBN 978-981-238-372-3.статья Виктора Г. Веселаго. Электродинамика материалов с отрицательным показателем преломления .
  13. ^ "Попавший в сеть" материал Эймса отрицательно преломляет видимый свет " . DOE Pulse . Министерство энергетики США . 10 сентября 2007 . Проверено 18 июня 2012 .
  14. ^ Гибсон, К. (2007). «Видимое улучшение» (PDF) . Лаборатория Эймса . Архивировано из оригинального (PDF) 17 сентября 2012 года . Проверено 18 июня 2012 .
  15. ^ Eleftheriades, GV ; Айер, АК; Кремер, PC (2002). «Плоские среды с отрицательным показателем преломления с использованием периодически нагружаемых ЖК-линий передачи» (PDF) . Протоколы IEEE по теории и методам микроволнового излучения . 50 (12): 2702. Bibcode : 2002ITMTT..50.2702E . DOI : 10.1109 / TMTT.2002.805197 .
  16. ^ Айер, AK; Элефтериадес, Г.В. (2007). "Многослойная линза из метаматериала в свободном пространстве с отрицательным показателем преломления (NRI-TL) в X- диапазоне" (PDF) . Транзакции IEEE по антеннам и распространению . 55 (10): 2746. Bibcode : 2007ITAP ... 55.2746I . DOI : 10.1109 / TAP.2007.905924 . S2CID 21922234 .  
  17. ^ Soukoulis, CM; Кафесаки, М .; Эконому, EN (2006). «Материалы с отрицательным индексом: новые рубежи в оптике» (PDF) . Современные материалы . 18 (15): 1944 и 1947. DOI : 10.1002 / adma.200600106 .
  18. ^ Linden, S .; Enkrich, C .; Wegener, M .; Чжоу, Дж .; Кошный, Т .; Соукулис, CM (2004). «Магнитный отклик метаматериалов на частоте 100 терагерц» . Наука . 306 (5700): 1351–1353. Bibcode : 2004Sci ... 306.1351L . DOI : 10.1126 / science.1105371 . PMID 15550664 . S2CID 23557190 .  
  19. ^ а б Шалаев ВМ; Cai, W .; Четтиар, Великобритания; Юань, Х.-К .; Сарычев А.К .; Драчев В.П .; Кильдишев А.В. (2005). «Отрицательный показатель преломления в оптических метаматериалах» (PDF) . Письма об оптике . 30 (24): 3356–8. arXiv : физика / 0504091 . Bibcode : 2005OptL ... 30.3356S . DOI : 10.1364 / OL.30.003356 . PMID 16389830 . S2CID 14917741 .   
  20. ^ Engheta, N. (2007). «Схемы со светом в наномасштабе: оптические наносхемы, вдохновленные метаматериалами» (PDF) . Наука . 317 (5845): 1698–1702. Bibcode : 2007Sci ... 317.1698E . DOI : 10.1126 / science.1133268 . PMID 17885123 . S2CID 1572047 . Архивировано из оригинального (PDF) 22 февраля 2012 года.    исследования Надера Энгета (формат PDF).
  21. ^ Слюсарь В.И. Метаматериалы на антенных решениях .// 7-я Международная конференция по теории и технике антенн ICATT'09, Львов, Украина, 6–9 октября 2009 г. - Стр. 19–24 [1]
  22. ^ Engheta, N .; Циолковский, RW (2005). «Позитивное будущее для дважды отрицательных метаматериалов» (PDF) . Протоколы IEEE по теории и методам микроволнового излучения . 53 (4): 1535. Bibcode : 2005ITMTT..53.1535E . DOI : 10.1109 / TMTT.2005.845188 . S2CID 15293380 .  
  23. ^ Beruete, M .; Navarro-Cía, M .; Sorolla, M .; Кампильо, И. (2008). «Плоско-вогнутые линзы за счет отрицательного преломления сложенных массивов субволновых отверстий» (PDF) . Оптика Экспресс . 16 (13): 9677–9683. Bibcode : 2008OExpr..16.9677B . DOI : 10,1364 / OE.16.009677 . hdl : 2454/31097 . PMID 18575535 . Архивировано из оригинального (PDF) 13 декабря 2009 года.  
  24. ^ Alu, A .; Энгета, Н. (2004). «Управляемые режимы в волноводе, заполненном парой одноотрицательных (SNG), двухотрицательных (DNG) и / или двуположительных (DPS) слоев») . Протоколы IEEE по теории и методам микроволнового излучения . 52 (1): 199. Bibcode : 2004ITMTT..52..199A . DOI : 10.1109 / TMTT.2003.821274 . S2CID 234001 . 
  25. ^ а б в Шалаев В.М. (2007). «Оптические метаматериалы с отрицательным показателем преломления» (PDF) . Природа Фотоника . 1 (1): 41. Bibcode : 2007NaPho ... 1 ... 41S . DOI : 10.1038 / nphoton.2006.49 . S2CID 170678 .  
  26. ^ a b c d Лю, H .; Лю, Ю.М.; Li, T .; Ван, С.М.; Чжу, СН; Чжан, X. (2009). «Связанные магнитные плазмоны в метаматериалах» (PDF) . Physica Status Solidi B . 246 (7): 1397–1406. arXiv : 0907.4208 . Bibcode : 2009PSSBR.246.1397L . DOI : 10.1002 / pssb.200844414 . S2CID 16415502 . Архивировано из оригинального (PDF) 24 июня 2010 года.  
  27. ^ Ulaby, Fawwaz T .; Равайоли, Умберто. Основы прикладной электромагнетизма (7-е изд.). п. 363.
  28. ^ Жаров А.А.; Жарова Н.А.; Носков Р.Е .; Шадривов И.В. Кившар Ю.С. (2005). «Двулучепреломляющие левые метаматериалы и идеальные линзы для векторных полей». Новый журнал физики . 7 (1): 220. arXiv : Physics / 0412128 . Bibcode : 2005NJPh .... 7..220Z . DOI : 10,1088 / 1367-2630 / 7/1/220 . S2CID 26645173 . 
  29. ^ Bowers JA; Гайд РА; Юнг К.Ю. «Аппараты, методы и системы для фокусировки и восприятия с отрицательным преломлением» Патент США 9,083,082 Дата выдачи 2015-04-28
  30. ^ Bowers JA; Гайд РА; Юнг Е.К. «Линзы для преобразования неувядающих электромагнитных волн. I» Патент США 9081202-B2 Дата выпуска 2015-07-14.
  31. ^ Pendry, JB (2004). «Хиральный путь к отрицательному преломлению». Наука . 306 (5700): 1353–5. Bibcode : 2004Sci ... 306.1353P . DOI : 10.1126 / science.1104467 . PMID 15550665 . S2CID 13485411 .  
  32. ^ Третьяков, С .; Нефедов, И .; Шивола, А .; Масловский, С .; Симовски, К. (2003). «Волны и энергия в киральной ничтожественности». Журнал электромагнитных волн и приложений . 17 (5): 695. arXiv : cond-mat / 0211012 . DOI : 10.1163 / 156939303322226356 . S2CID 119507930 . 
  33. ^ Слива, E .; Чжоу, Дж .; Dong, J .; Федотов В.А.; Кошный, Т .; Soukoulis, CM; Желудев, Н.И. (2009). «Метаматериал с отрицательным индексом из-за хиральности» (PDF) . Physical Review B . 79 (3): 035407. Bibcode : 2009PhRvB..79c5407P . DOI : 10.1103 / PhysRevB.79.035407 .
  34. ^ Zhang, S .; Парк, Ю.-С .; Li, J .; Лу, X .; Zhang, W .; Чжан, X. (2009). «Отрицательный показатель преломления в хиральных метаматериалах». Письма с физическим обзором . 102 (2): 023901. Bibcode : 2009PhRvL.102b3901Z . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.102.023901 . PMID 19257274 . 
  35. ^ а б в г Падилья, WJ; Смит, Д.Р .; Басов, Д.Н. (2006). «Спектроскопия метаматериалов от инфракрасных до оптических частот» (PDF) . Журнал Оптического общества Америки B . 23 (3): 404–414. Bibcode : 2006JOSAB..23..404P . DOI : 10.1364 / JOSAB.23.000404 . Архивировано из оригинального (PDF) 04.06.2011.
  36. ^ a b «Физики изобретают« леворукий »материал» . Physicsworld.org . Институт физики . 2000-03-24. п. 01 . Проверено 11 февраля 2010 .
  37. ^ Шелби, РА; Смит, Д.Р .; Шульц, С. (2001). «Экспериментальная проверка отрицательного показателя преломления». Наука . 292 (5514): 77–79. Bibcode : 2001Sci ... 292 ... 77S . CiteSeerX 10.1.1.119.1617 . DOI : 10.1126 / science.1058847 . JSTOR 3082888 . PMID 11292865 . S2CID 9321456 .    
  38. ^ a b c Макдональд, Ким (21 марта 2000). «Физики UCSD разрабатывают новый класс композитных материалов с невиданными ранее физическими свойствами» . UCSD Наука и техника . Проверено 17 декабря 2010 .
  39. ↑ Контактное лицо по программе: Кармен Хубер (21 марта 2000 г.). «Физики производят леворукий композитный материал» . Национальный научный фонд . Проверено 10 июля 2009 .
  40. ^ Ма, Хёнджин (2011). «Экспериментальное исследование взаимодействия света и материала в субволновом масштабе» (PDF) . Кандидатская диссертация . Массачусетский технологический институт. п. 48 . Проверено 23 января 2012 года .
  41. ^ Чо, диджей; Ву, Вэй; Понизовская, Екатерина; Чатурведи, Пратик; Братковский, Александр М .; Ван, Ши-Юань; Чжан, Сян; Ван, Фэн; Шен, Ю. Рон (28 сентября 2009 г.). «Сверхбыстрая модуляция оптических метаматериалов» . Оптика Экспресс . 17 (20): 17652–7. Bibcode : 2009OExpr..1717652C . DOI : 10,1364 / OE.17.017652 . PMID 19907550 . S2CID 8651163 . Архивировано из оригинала 8 апреля 2013 года .  
  42. ^ Chaturvedi, Pratik (2009). «Оптические метаматериалы: дизайн, характеристика и применение» (PDF) . Кандидатская диссертация . Массачусетский технологический институт. п. 28 . Проверено 23 января 2012 года .
  43. ^ Пенникотт, Кэти (2001-04-05). «Волшебный материал переворачивает показатель преломления» . Мир физики . Институт физики . Проверено 12 февраля 2010 .
  44. ^ Билл Кассельман (2009). «Закон преломления» . Университет Британской Колумбии, Канада , математический факультет . Проверено 6 июля 2009 .
  45. Перейти ↑ Taylor, LS (2009). «Анекдотическая история оптики от Аристофана до Зернике» . Мэрилендский университет ; Электротехнический отдел . Проверено 7 июля 2009 .
  46. ^ Уорд, Дэвид В .; Нельсон, Кейт А.; Уэбб, Кевин Дж (2005). «О физических причинах отрицательного показателя преломления». Новый журнал физики . 7 (213): 213. arXiv : Physics / 0409083 . Bibcode : 2005NJPh .... 7..213W . DOI : 10.1088 / 1367-2630 / 7/1/213 . S2CID 119434811 . 
  47. ^ Пендри, JB; Холден, AJ; Роббинс, диджей; Стюарт, WJ (1999). «Магнетизм проводников и усиленные нелинейные явления» (PDF) . Протоколы IEEE по теории и методам микроволнового излучения . 47 (11): 2075–2084. Bibcode : 1999ITMTT..47.2075P . CiteSeerX 10.1.1.564.7060 . DOI : 10.1109 / 22.798002 . Архивировано из оригинального (PDF) 17 июля 2011 года . Проверено 7 июля 2009 .  
  48. ^ "Типы радаров, принципы, диапазоны, оборудование" . Погода Гурт Inc. 2000. Архивировано из оригинала на 2012-07-10 . Проверено 9 июля 2009 .
  49. ^ Параццоли, CG; и другие. (2003-03-11). «Экспериментальная проверка и моделирование отрицательного показателя преломления с использованием закона Снеллиуса» (PDF) . Письма с физическим обзором . 90 (10): 107401 (2003) [4 страницы]. Bibcode : 2003PhRvL..90j7401P . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.90.107401 . PMID 12689029 . Архивировано из оригинала (общедоступный PDF-файл) 19 июля 2011 года.  
  50. ^ Пачеко, Дж .; Grzegorczyk, T .; Wu, B.-I .; Zhang, Y .; Конг, Дж. (2002-12-02). "Распространение мощности в однородных изотропных частотно-дисперсионных левосторонних средах" (PDF) . Phys. Rev. Lett. 89 (25): 257401 (2002) [4 страницы]. Bibcode : 2002PhRvL..89y7401P . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.89.257401 . PMID 12484915 . Архивировано из оригинала (PDF загружаемый файл доступен для общественности.) На 24 мая 2005 года . Проверено 19 апреля 2010 .  
  51. ^ a b Caloz, C .; и другие. (2001-12-01). «Полноволновая проверка фундаментальных свойств левовращающих материалов в волноводных конфигурациях» (PDF) . Журнал прикладной физики . 90 (11): 5483. Bibcode : 2001JAP .... 90.5483C . DOI : 10.1063 / 1.1408261 . Проверено 29 декабря 2009 .
  52. ^ а б Циолковски, Ричард В; Эхуд Хейман (2001-10-30). «Распространение волн в средах с отрицательной диэлектрической проницаемостью и магнитной проницаемостью» (PDF) . Physical Review E . 64 (5): 056625. Bibcode : 2001PhRvE..64e6625Z . DOI : 10.1103 / PhysRevE.64.056625 . PMID 11736134 . Архивировано из оригинального (PDF) 17 июля 2010 года . Проверено 30 декабря 2009 .  
  53. ^ а б Смит, Дэвид Р. и; Норман Кролл (2000-10-02). «Отрицательный показатель преломления в материалах для левшей» (PDF) . Письма с физическим обзором . 85 (14): 2933–2936. Bibcode : 2000PhRvL..85.2933S . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.85.2933 . PMID 11005971 . Архивировано из оригинального (PDF) 19 июля 2011 года . Проверено 4 января 2010 .  
  54. ^ Srivastava, R .; и другие. (2008). «Отрицательное преломление фотонного кристалла» (PDF) . Прогресс в Электромагнетизме Research B . 2 : 15–26. DOI : 10.2528 / PIERB08042302 . Архивировано из оригинального (PDF) 19 июля 2010 года . Проверено 4 января 2010 .
  55. ^ Abo-Shaeer, Джамиля Р. (июль 2010). «Материалы с отрицательным индексом» . DARPA - Управление оборонной науки (DSO). Заархивировано из оригинала ( общественное достояние - информация, представленная в информационной веб-службе DARPA, считается общедоступной и может распространяться или копироваться. Требуется использование соответствующих авторских прав / фото / изображений) 24 декабря 2010 года . Проверено 5 июля 2010 .
  56. ^ Чжан, Шуанг; Фан, Вэньцзюнь; Паною, Северная Каролина; Malloy, KJ; Осгуд, РМ; Брюк, SRJ (2005). "Экспериментальная демонстрация метаматериалов ближнего инфракрасного диапазона с отрицательным индексом" (PDF) . Phys. Rev. Lett. 95 (13): 137404. arXiv : Physics / 0504208 . Bibcode : 2005PhRvL..95m7404Z . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.95.137404 . PMID 16197179 . S2CID 15246675 .   
  57. ^ Связи со СМИ Калифорнийского технологического института. Демонстрация отрицательного преломления видимого света; Может привести к маскировочным устройствам. Архивировано 1 июня 2010 г. в Wayback Machine . 22 марта 2007 г. accessdate - 2010-05-05
  58. ^ PhysOrg.com (22 апреля 2010 г.). «Разработан новый метаматериал с отрицательным индексом, реагирующий на видимый свет» (веб-страница) . Проверено 5 мая 2010 .
  59. ^ Dillow, Clay (23 апреля 2010). «Новый метаматериал первым излучает свет в видимом спектре» (веб-страница) . Популярная наука . Проверено 5 мая 2010 . [ мертвая ссылка ]
  60. ^ Си, Шэн; и другие. (2009-11-02). «Экспериментальная проверка обращенного черенковского излучения в левостороннем метаматериале» . Phys. Rev. Lett. 103 (19): 194801 (2009). Bibcode : 2009PhRvL.103s4801X . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.103.194801 . ЛВП : 1721,1 / 52503 . PMID 20365927 . S2CID 1501102 .   
  61. ^ Чжан, Шуанг; Сян Чжан (02.11.2009). «Переворот фотонной ударной волны» . Физика . 02 (91): 03. Полномочный код : 2009PhyOJ ... 2 ... 91Z . DOI : 10.1103 / Physics.2.91 .
  62. ^ Смит, Дэвид; Шульц, Шелдон; Кролл, Норман; Шелби, Ричард А. "Композитный носитель для левой руки" Патент США 6,791,432 Дата публикации 16 марта 2001 г., дата выпуска 14 марта 2004 г.
  63. ^ a b Доллинг, Гуннар; Кристиан Энкрич; Мартин Вегенер; Костас М. Сукулис; Стефан Линден (2006). «Одновременная отрицательная фаза и групповая скорость света в метаматериале» . Наука . 312 (5775): 892–894. Bibcode : 2006Sci ... 312..892D . DOI : 10.1126 / science.1126021 . PMID 16690860 . S2CID 29012046 .  
  64. ^ Гарретт, CGB; Д.Е. МакКамбер (1969-09-25). "Распространение гауссова светового импульса через среду с аномальной дисперсией" (PDF) . Phys. Rev. A . 1 (2): 305–313. Bibcode : 1970PhRvA ... 1..305G . DOI : 10.1103 / PhysRevA.1.305 . [ постоянная мертвая ссылка ]
  65. ^ Стеннер, доктор медицины; Готье, диджей; Нейфельд, Массачусетс (октябрь 2003 г.). «Скорость передачи информации в оптической среде« быстрого света »». Природа . 425 (6959): 695–8. Bibcode : 2003Natur.425..695S . DOI : 10.1038 / nature02016 . PMID 14562097 . S2CID 4333338 .  

Дальнейшее чтение [ править ]

  • С. Ананта Рамакришна; Томаш М. Гжегорчик (2008). Физика и применение материалов с отрицательным показателем преломления (PDF) . CRC Press. DOI : 10.1201 / 9781420068764.ch1 . ISBN 978-1-4200-6875-7. Архивировано из оригинального (PDF) 03 марта 2016 года.
  • Рамакришна, С. Ананта (2005). «Физика материалов с отрицательным показателем преломления». Отчеты о достижениях физики . 68 (2): 449. Bibcode : 2005RPPh ... 68..449R . DOI : 10.1088 / 0034-4885 / 68/2 / R06 .
  • Pendry, J .; Holden, A .; Стюарт, В .; Янгс, И. (1996). «Чрезвычайно низкочастотные плазмоны в металлических мезоструктурах» (PDF) . Письма с физическим обзором . 76 (25): 4773–4776. Bibcode : 1996PhRvL..76.4773P . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.76.4773 . PMID  10061377 . Архивировано из оригинального (PDF) 17 июля 2011 года . Проверено 18 августа 2011 .
  • Пендри, JB; Холден, AJ; Роббинс, диджей; Стюарт, WJ (1998). «Низкочастотные плазмоны в тонкопроволочных структурах» (PDF) . Журнал физики: конденсированное вещество . 10 (22): 4785–4809. Bibcode : 1998JPCM ... 10.4785P . DOI : 10.1088 / 0953-8984 / 10/22/007 . Также см . Копию авторского препринта .
  • Падилла, Вилли Дж .; Басов, Дмитрий Н .; Смит, Дэвид Р. (2006). «Метаматериалы с отрицательным показателем преломления» (PDF) . Материалы сегодня . 9 (7-8): 28. DOI : 10.1016 / S1369-7021 (06) 71573-5 . Архивировано из оригинального (PDF) 6 октября 2011 года.
  • Слюсарь В.И. Метаматериалы на антенных решениях . (Бесплатная загрузка PDF). Международная конференция по теории и технике антенн, 6–9 октября 2009 г., Львов, Украина.
  • Байиндир, Мехмет; Айдын, К .; Ozbay, E .; Markoš, P .; Соукулис, CM (2002-07-01). «Передаточные свойства композитных метаматериалов в свободном пространстве» (PDF) . Письма по прикладной физике . 81 (1): 120. Bibcode : 2002ApPhL..81..120B . DOI : 10.1063 / 1.1492009 . ЛВП : 11693/24684 .[ мертвая ссылка ]

Внешние ссылки [ править ]

  • Управление ближним полем с помощью метаматериалов. Слайд-шоу с доступным звуком, доктор Джон Пендри, Имперский колледж, Лондон.
  • Ласло Солимар; Екатерина Шамонина (15.03.2009). Волны в метаматериалах . Издательство Оксфордского университета, США. Март 2009 г. ISBN. 978-0-19-921533-1.
  • «Иллюстрируя закон преломления» .
  • Янг, Эндрю Т. (1999–2009). «Введение в миражи» . SDSU Сан-Диего, Калифорния . Проверено 12 августа 2009 .
  • Garrett, C .; и другие. (1969-09-25). «Световой импульс и анамольная дисперсия» (PDF) . Phys. Rev. A . 1 (2): 305–313. Bibcode : 1970PhRvA ... 1..305G . DOI : 10.1103 / PhysRevA.1.305 .[ постоянная мертвая ссылка ]
  • Список новостных статей научного веб-сайта о материалах для левшей
  • Калоз, Кристоф (март 2009 г.). «Перспективы ЭМ метаматериалов» . Материалы сегодня . 12 (3): 12–20. DOI : 10.1016 / S1369-7021 (09) 70071-9 .