Este interesant pentru a vedea modul în care tehnologia evoluează. În ultimii 20 de ani sau cam asa, optică de difracţie, filme subtiri, si cristale fotonice au venit şi au plecat ca elemente la modă pentru manipularea uşoară. Toate acestea sunt tipuri de nanotehnologie (chiar dacă aceştia au fost în jurul valorii de înainte de termenul în sine a devenit atat de modă) şi toate radiaţiile manipula folosind sub-lungime de undă caracteristici. În plus, exploata toate proprietăţile de materii prime de franjuri individuale, filme, sau avioane - de obicei, densitatea optică sau indicele de refracţie - în scopul de a crea un efect optic.

Cu toate acestea superficial similare, metamateriale sunt foarte diferite conceptual. Ideea nu este de a exploata proprietăţile de bază ale produselor chimice utilizate (dacă ele sunt cruciale în design materiale), ci mai degrabă pentru a crea proprietăţi complet noi materiale. Acest lucru este realizat prin crearea unor structuri care să răspundă la radiaţii de intrare în mod activ, mai degrabă decât pasiv, instituirea un fel de oscilaţie sau de câmp care, atunci schimbă modul în care lumina se propagă prin el.

Un exemplu clasic de un astfel de material este structura split-inel rezonator (figura 1 de mai jos), dezvoltat de David Smith si colegii sai (pe atunci la Universitatea din California, San Diego, acum la Universitatea Duke, Carolina de Nord).

Figura 1: Acest material, realizat de David Smith, are un indice de refractie negativ la frecvenţe de microunde.

Două cercuri concentrice de cupru cu împarte în partea de sus a una şi partea de jos a altor constituie elementul activ al acestei structuri. Ca radiaţii (în acest caz, în banda de microunde) propagă prin intermediul, de energie este preluat de electroni în metal care circula apoi şi provoca un curent de debit. În acelaşi timp, decalajul în cerc creează o capacitate producerea unui câmp rezonanta care afecteaza propagarea cu microunde. Rezultatul este că materialul are o permeabilitate magnetică negativ şi permitivitatea electrică, şi aşa mai departe un indice de refractie negativ.

Întrucât niciunul dintre componentele au această proprietate pe cont propriu - şi nici, de fapt, nu orice alte elemente, compuşi, sau cristale se gasesc in natura acesta este un metamaterial adevărat?.

În optică, indice de refractie negativ este o proprietate extrem de interesantă. Aceasta înseamnă literalmente că lumina de înregistrare a unei curbe mediu mai dens în direcţia opusă în direcţia pozitivă suntem folosit pentru a (a se vedea figura 2). Patruzeci de ani în urmă, Victor Veselago a arătat că, în cazul în care un astfel de material ar putea fi create, ar putea fi folosite pentru a construi un obiectiv complet plat, care se va concentra toate acestea, lumina.

Cu toate acestea, ea a luat Imperial College teoretice fizician Sir John Pendry să dau seama că o astfel de obiectiv nu se putea concentra numai, dar se concentreze dincolo de limita de difractie, spre deosebire de în-pozitiv indicele lentile, de înaltă frecvenţă caracteristici nu sunt pierdute pentru valuri evanescente.

Figura 2: redarea artist a unei refractie negativ într-un semiconductor metamaterial nou dezvoltate la Princeton. (Figura de Kevin Bullis)

Din cauza naturii sale revoluţionare, descoperirea Pendry a luat mult timp pentru a primi acceptarea, chiar de la colegii săi Imperial. El spune, "Când am avut ideea că obiectivul Veselago ar putea fi perfectă, având în vedere alegerea corecta a parametrilor, am apelat la natural plin de graţie Chris, care este faimos pentru lucrarea despre optica clasice. Am vrut unele critici drept şi ştia că ar fi Chris nu trage pumni lui.

"Cum era de aşteptat, prima lui reactie a fost scepticismul extreme, dar aşa cum am lucrat prin obiecţiile sale, a devenit clar că, dacă teoria mea a fost greşit, a fost pentru motive subtilă şi interesantă.. De fapt, acesta este corect din motive de subtilă şi interesantă!"

Lui colaborator David Smith, de data aceasta de la Duke, puse în aplicare pentru aparatul său cu microunde impresionante - si acum bine-cunoscute - Rezultate obţinute (Figura 4).

Cu toate acestea, mantaua are o problemă cu toate metamateriale: Proprietatile sale sunt dependente de frecvenţă. Aceasta înseamnă că un proiectate să funcţioneze la frecvenţe de microunde nu vor fi învăluite în vizibile sau RF, şi vor fi prost ascuns la unele frecvenţe în banda de microunde. Mai rău, un studiu recent de către Zhichao Ruan si colegii sai de la Institutul Regal de Tehnologie din Suedia şi Universitatea Zhejiang din China spune că mantaua ideala cilindric - în cazul în care ar putea fi puse în aplicare - ar fi sensibile la perturbatii chiar mici. Cu toate acestea, conceptul a atras o atenţie deosebită dezvoltare, astfel ajutat în domeniu ca un întreg.

O versiune util de obiectivul perfect Pendry, de asemenea, este de departe - cel puţin la lungimi de undă optică. Acesta sa dovedit a fi dificil de a găsi materiale cu aceleaşi proprietăţi în, de exemplu, vizibil ca sunt disponibile pentru frecvenţele joase.

Totuşi, s-au înregistrat evoluţii deja în mai bine decât difracţie-limitată tratare a imaginii metamateriale de utilizare.

Ia demonstrative raportate în 2007 de către Zhaowei Liu, Zhang Xiang, şi alţii la National Science Science Foundation şi de Centrul de Inginerie la scara nanometrica de la Universitatea din California, Berkeley. Bazat pe munca anterioare efectuate de teoreticieni în domeniu, au construit o hyperlens aşa-numita (a se vedea figura 5) care pot fi utilizate pentru a imaginii un eşantion în contact cu o cavitate cilindrică în obiectiv în sine.

Sistemul este iluminată din partea de sus şi se propaga lumina prin intermediul unei structuri metamaterial cilindric, care are o permitivitate magnetic în direcţia opusă radial că în direcţia tangenţială. Ca urmare, val evanescente este tras în obiectiv, imaginea este marita ca lumina se propaga prin el, şi imaginea mai mare poate fi citit de către o lentilă convenţional.

Potrivit lui Zhang, hyperlens prima lor a fost proiectat să funcţioneze la lungimi de unda ultraviolete, pentru că a fost uşor să facă acest lucru. "Este posibil să-l folosească ca un instrument pentru cercetare", spune el, "dar nu este destul de pregatit pentru aplicatii generale, în special pentru celulele vii imagini Suntem de lucru privind elaborarea unui hyperlens vizibil pentru asta.."

Acest lucru este mai usor de zis decat de facut, recunoaste Zhang. "Teoretic, cel mai mare obstacol [la progresul] este pierderea inevitabilă în metamateriale Acest lucru înseamnă că - pentru a obţine transmisie rezonabil - hyperlens nu poate fi foarte voluminos, acest lucru va limita zona de mărire şi imagistică †| Minima.. metale pierderi şi dielectricilor ridicat indice de refracţie va stimula foarte mult acest domeniu, dar sunt extrem de greu de găsit. "

Pendry este de acord că pierderea este o problemă majoră pentru metamateriale. "In mod normal am putea folosi efectuarea extrem de metale precum cuprul sau argint care funcţiona bine până când vom încerca să le utilizaţi la cele mai inalte frecvente în cazul în care acestea devin lossy Avem nevoie de ajutorul oamenilor de ştiinţă materiale pentru a dezvolta noi aliaje cu pierderi mai mici.."

Acestea fiind spuse, se apropie de metamateriale spectrului optic s-au dovedit posibile.

Cercetatorii de la Universitatea din Karlsruhe au publicat detalii cu privire la un material de trei straturi indice negativ, care funcţionează în jurul valorii de 1.4 Вμm. Aici, două straturi de fire de argint au trecut sunt folosite pentru a crea efectul dorit. Oscilaţii create prin care trece lumina prin produc atât permeabilitate negativă şi permitivitatea, condiţiile clasic necesare pentru a crea un indice de refractie negativ. Cu toate acestea, deşi rezultatele initiale au fost pozitive, cercetatorii nu sunt siguri structura lor va funcţiona, precum şi în mass-media optic mai gros. "ВЂ | Acesta este încă un drum lung de a cu adevărat tri-dimensională de izotrop-negativ indicele metamateriale la frecvenţe optice," G. Dolling si colegii sai au raportat in scrisori Optica în martie 2007.

O altă abordare fiind adoptată de mulţi cercetători este de a utiliza plasmonics. Anatoly Zayats, un cercetator la Centrul pentru mass-media Nanostructurate la Universitatea Queen din Belfast în Regatul Unit, explică faptul că, în intervalele de frecvenţă vizibil şi infrarosu apropiat, proprietăţile optice de tipul de nanostructurilor metalice care cercetatorii au fost cautati la "sunt complet determinate de unul sau de alt tip (sau mai multe tipuri) de excitatie plasmonice, cum ar fi suprafata plasmonilor polariton, localizate suprafata plasmonilor, plasmonilor de particule, etc de cuplare a luminii pentru a excitaţiilor plasmonice care sunt excitatiilor colective electronice în nanostructuri metalice permite să limiteze câmp electromagnetic pe scară sub-lungime de undă şi a manipula cu mare precizie. Ambele proprietăţi sunt dificil de atins cu metamateriale dielectric. "

Cu toate acestea, se pare că astfel de proprietăţi au fost realizate. Nu este destul de la frecvenţe optice, dar lungime de unda in infrarosu. La sfârşitul anului 2007, cercetatorii de la Princeton au raportat că au dezvoltat o optic-gros low-pierderi-negativ indicele materiale constând din straturi alternative de foarte dopate InGaAs şi AlInAs - nr metale. Interesant, materialul Princeton utilizează un efect cu totul diferit decât alţii să pună în aplicare indicele negativ. Proprietăţile optice sunt create de anizotropie în răspunsul dielectrice a materialului, mai degrabă decât în rezonanţă atât permeabilitatea şi permitivitatea straturi constitutiv. Acest lucru îi conferă o flexibilitate inerent.

Pe partea de sus a avantajelor sale, metamaterial Princeton este prima dintr-o clasă nouă, nu numai în ceea ce priveşte mecanismul, dar în potenţialul său de a fi practic fabricate. Anthony Hoffman, student absolvent care a fost în curs de dezvoltare bazat pe materialul activitatea desfăşurată de Evegenii Narimanov (acum la Universitatea Purdue) Citate consilierul său de doctorat, Claire Gmachl, în acest sens. Ea pune succint: "Semiconductori sunt lucrurile la care cererile de adevărate sunt făcute."

Având în vedere investiţii masive în industria de semiconductori, e greu să mă cert cu asta.