meta malzeme

Olarak fizik üzere elektromanyetik terimi Metamalzeme bir belirtmektedir yapay kompozit malzeme sergileyen doğal bir malzeme bulunmayan elektromanyetik özellikleri.

Bunlar genellikle doğada bulunmayan homojen bir malzeme gibi davranan periyodik, dielektrik veya metalik yapılardır . Metamalzemeler çeşitli türlerde bilinen en iyi hem sergileme ihtimali olanlar olmak Elektromanyetizmada vardır negatif geçirgenlik ve geçirgenliği . Ancak başkaları da var: sonsuz empedansa sahip ortam, göreceli geçirgenliği 1'den az olan ortam, vb. Gerçekte metamalzemeler çok eskidir, çünkü örneğin katedrallerin vitray pencerelerinde kullanılan renkli camlar optik metamalzemeler olarak düşünülebilir. Aynı şekilde fotonik kristaller de metamalzemeler olarak kabul edilebilir.

Bugün çok aktif bir araştırma alanıdır.

Tarihi

Sözde "sol el" veya " negatif kırılma indeksi " medyası 1967'de Victor Veselago tarafından teorileştirildi . Aynı anda negatif geçirgenlik ve geçirgenlik gerektirirler. Negatif geçirgenliğe sahip ortamların (örneğin plazmalar) uzun süredir bilinmesine rağmen, uzun bir süre boyunca bu ikili koşulun elde edilmesi zordu. 2006 yılında, Imperial College'dan John Pendry , bölünmüş halka rezonatörleri (in) (SRR) ve sürekli metal oğlu olarak adlandırılan eşmerkezli halkaları kesmek için oluşturulan metalik periyodik yapıları kullanan bir uygulama önermektedir . Ardışık iki makalede, paralel sürekli metal tellerin periyodik bir düzenlemesinin düşük frekansta negatif geçirgenlik sergilediğini ve periyodik bir SRR dizisinin bir rezonans frekansı etrafında negatif geçirgenlik sergilediğini göstermişti. İki ağın bileşik bir periyodik yapıda birleştirilmesiyle V. Veselago tarafından önerilen ortam üretildi. Bu ortam daha sonra SRR'lerin rezonans frekansı civarında bir negatif indeks sergiledi.

Negatif kırılma indisinin bu özelliği zaten dikkat çekiciydi, ancak bir laboratuvar merakı olarak kalabilirdi. Bu egzotik malzemelere gerçekten dikkat çeken şey, J. Pendry'nin , çözünürlüğü artık klasik optik yasalarıyla sınırlanmayacak bir süper mercek üretme olasılığına ilişkin önerisiydi . Son olarak, 2006'da, bu konuyu taçlandırmak için J. Pendry ve U. Leonhardt, metamalzemeleri kullanarak bir görünmezlik pelerininin gerçekleştirilmesini önerdiler.

O zamandan beri birkaç ekip, süper lenslerin ve mikrodalga görünmezlik pelerinlerinin prototiplerini art arda üreterek bu teorik tahminlerin gerçekleştirilebileceğini göstermiştir. Daha önce, DR Smith deneysel olarak J. Pendry'nin kompozit malzemesinin gerçekten negatif geçirgenlik ve geçirgenlik ve dolayısıyla negatif bir kırılma indisi sergilediğini göstermişti.

Bu metamalzemeleri kızılötesi ve görünür aralıkta üretme girişimleri de önerilmiştir. Bunlar, ızgaranın periyodu dalga boyunun onda biri düzeyinde olduğu sürece, gerçek güç başarılarıdır. Örneğin, görünürde, dalga boyu 500 nm ise, periyot 50 nm mertebesindedir ve metalik desenlerin genişlikleri on nanometre mertebesindedir.

Bu nedenle zorluk, kısa sürede ağlar oluşturmak için çok küçük yapıların elde edilmesi gerektiği gerçeğinden kaynaklanmaktadır. Şu anda, metamalzemeler mikro dağlama veya nano dağlama ile üretilmektedir. Cam elyaflara basılmış bakır elyaflardan oluşurlar, böylece yalıtkan kısmı, yani metamalzemenin dielektrik kısmını oluştururlar. Bu nedenle, mühendislerin sınırlı olduğu esas olarak biçimlendirmedir. Bazı araştırma grupları, üretim yöntemini değiştirerek, yani bu metamalzemeleri yönlendirilmiş kendi kendine montajlarla üreterek bir çözüm bulmayı umuyor, ikincisi daha sonra neredeyse doğal bir şekilde üretiliyor. Öte yandan, böyle bir malzemenin üretilmesi sorunu, yüksek saflıkta hammadde elde etmenin zorluğundan kaynaklanmaktadır.

Sol El Meta Malzeme Özellikleri

Onların kırılma indeksi negatiftir;
Bunların geçirgenlik ve geçirgenlik negatif; $\ epsilon$ $\ mü$
Bir metamalzemede bir düzlem dalganın yayılması sırasında, vektörler ( k , E , H ) tarafından oluşturulan trihedron ters çevrilir;
Faz ve grup hızları (bir klasik ortam içinde aynı yönde iken) zıttır;
Klasik medyanın aksine, kaybolan dalgaları yükseltirler ;
Doppler etkisi tersine döner;
Cherenkov etkisi tersine döner;
Her iki polarizasyon için de " plazmon " adı verilen , yayılan veya geriye doğru yayılan yüzey dalgaları vardır ;
Orada geri yayılımı güdümlü modları ve geri yayılımı sızıntı modları.

Potansiyel uygulamalar

Yüksek çözünürlüklü lensler veya "süper lensler" katı damgalamaya yakın ve teorik olarak sonsuz çözünürlüğe sahip ;
NIM (Negatif İndeks Malzemesi);
Işık veya elektromanyetik tuzaklar;
Görünmezlik cihazı (gerçekte bu uygulamada ne geçirgenlik ne de geçirgenlik negatiftir, sadece değişkendir);
Bu tür malzemelerden yapılmış Bragg aynalarının geliştirilmesi , muhtemelen daha da verimli;
Negatif indeksli anten kaportası kullanan kompakt ve yönlendirici antenler;
Amacı artık geleneksel bir setin kullanımında olduğu gibi dalgaları kırmak değil, bent tarafından korunanları bypass etmek olan yüzer bentlerin inşası;
Minkowski metriklerinin veya çoklu evrenin simülasyonu ;
Sismik dalgalarla etkileşime giren sismik metamalzemeler.
Rezonans antenler ve kaçak dalga antenleri.

Sismik metamalzemeler

Yapılandırılmış zemin kavramı yeni değildir. Bu tanımdan anlayacak olursak, toprağın içine giren, boşluklardan oluşan veya bir malzeme (beton, kum, çakıl, metal) ile doldurulmuş elementlerin periyodik veya periyodik olmayan düzenlemeleri ile İnsan eylemiyle kompozit hale getirilmiş toprakların yaratılması. vb.) o zaman bir binanın özel temelleri, katı kapanımlardan oluşan bir ağ, zeminlerin sıvılaşmasına karşı koymak için beton zemin duvarlı bir paralelyüzlü hücreler ağı veya hatta bir şehir ölçeğinde gömülü herhangi bir yapı grubu bu tanımı karşılayabilir. Bununla birlikte, yapılandırılmış zeminlerin ilgisi, mekanik bir parametrenin karakteristiğinin tek modifikasyonunun araştırılmasıyla sınırlı olmayabilir. Örneğin, kendinden oluşan, daha çok "yumuşak" ve daha "rijit" elemanların eklenmesiyle oluşan kompozit bir zemin sayesinde elde edilen kesme modülündeki artış olabilir.Bu durumda, belirli bir homojenizasyon yasası ile, belirli bir stres için genel olarak daha az deforme olabilen bir malzeme elde etmek mümkündür. Meta-materyal denen şeyin amacı, daha çok, sinyalin kendisinin yayılması üzerindeki bir eylemde bulunacaktır: bir sismik ışının yolunu bükmek, sinyalin belirli frekanslarını filtrelemek, vb. Bununla birlikte, zeminler, onları iyi tanımlanmış elastik özelliklere sahip malzemelerden uzaklaştıran birçok özellik sunar. 2012 yılında, elektromanyetik dalgalar ve sismik mekanik dalgalar arasındaki olası analojileri spesifik olarak tanımlamayı amaçlayan ilk saha deneyi, Grenoble yakınlarında Fransa'da gerçekleştirildi.

Şuna da bakın:

bibliyografya

VG Veselago, “ Aynı anda negatif ε ve μ değerlerine sahip maddelerin Elektrodinamiği ”, Sovyet Fiziği Uspekhi, Cilt. 10, No. 4, Ocak-Şubat 1968
JB Pendry, “ Negatif kırılma mükemmel bir lens yapar ”, Phys. Rev. Lett., Cilt. 85, s. 3966-3969, 2000
D. Schurig, JJ Mock, BJ Justice, SA Cummer, JB Pendry, AF Starr, DR Smith, “ Metamaterial Electromagnetic Cloak at Microwave Frequencies ”, Science, Cilt. 314, No. 5801, s. 977 - 980,Kasım 2006
Jérôme Fenoglio , " Görünmezliğin sırrı, metamalzemelerin küçük yapılarında gizlidir ", Le Monde.fr ,17 Mayıs 2007( ISSN 1950-6244 , çevrimiçi okuyun )
Frédéric Zolla , Gilles Renversez , André Nicolet ve Boris Kuhlmey , Fotonik Kristal Elyafların Temelleri ( DOI 10.1142 / p367 , çevrimiçi okuyun )

Dış bağlantılar

(tr) Metamaterials.net Forumu, metamalzemeler üzerine araştırma yapmaya adanmıştır
(tr) Oldukça eksiksiz veritabanı
(tr) “ Radyo, milimetre dalga ve fotonik süper örgü mühendisliği için düzenlenmiş metamalzemeler ” ( Arşiv • Wikiwix • Archive.is • Google • Ne yapmalı? )

Referanslar

(içinde) Araştırmacılar, 3D Minkowski uzay zamanlarına benzeyen metamalzeme yaratıyor , phys.org
(inç) Metamalzemelerde Optik Metrik İmza Geçişleri
S. Brûlé , E. H. Javelaud , S. Enoch ve S. Guenneau , “ Experiments on Sismic Metamaterials: Molding Surface Waves ”, Physical Review Letters , cilt. 112,31 Mart 2014, s. 133901 ( DOI 10.1103 / PhysRevLett.112.133901 , çevrimiçi okuma , erişim tarihi 11 Eylül 2015 )
" Sismik Bölgelerdeki Binalar İçin Rijit İnklüzyonlar ve Eurocode 8 " ,9 Temmuz 2010( 11 Eylül 2015'te erişildi )