Co jsou elektromagnetické metamateriály?

Elektromagnetické metamateriály jsou sloučeniny navržené tak, aby měly jedinečné strukturální i chemické vlastnosti, které nejsou přirozené pro samotné materiály. Vytvářejí se povrchy nanočástic, které mohou ovlivnit reakci metamateriálu na běžné světlo, jakož i další typy záření, jako je mikrovlnné záření, tím, že strukturální vlastnosti jsou menší než skutečná vlnová délka záření. Vlastnosti, jako jsou elektromagnetické metamateriály, jsou často vytvářeny k zobrazení, zahrnují jedinečné dielektrické jevy, stejně jako negativní index lomu se stříbrnými metamateriály, které by mohly být použity k vytvoření superlenů, které by mohly rozeznat rysy o velikosti několika nanometrů nebo použít k zobrazení vnitřku nemagnetické předměty.

Zatímco elektromagnetické metamateriály mají širokou škálu potenciálních aplikací, velká část výzkumu takových materiálů od roku 2011 byla zaměřena na mikrovlnné inženýrství pro pokročilé antény a další magnetické systémy. Tyto uměle strukturované materiály jsou schopny vyvinout vlastnosti magnetismu v přítomnosti mikrovlnných polí nebo terahertzových infračervených polí, která existují přímo mezi mikrovlnným a viditelným světelným spektrem elektromagnetického (EM) spektra. Takové materiály by jinak byly nemagnetické a stimulace této vlastnosti v nich je ve fyzice označována jako vytváření chování levou rukou (LH). Vytvoření takového chování v nemagnetických zařízeních by bylo nápomocné při výrobě pokročilých filtrů a elektroniky s posunem paprsku nebo fázového posunu.

Použití metamateriálů by dále miniaturizovalo komponenty elektroniky a také by učinilo obvody a antény selektivně vnímavějšími nebo nepropustnější pro různá pásma řady EM. Příkladem jedné aplikace pro lepší úroveň kontroly nad elektromagnetickými vlnami by byla technologie globálního polohovacího systému (GPS), která by mohla vysílat nebo blokovat přesnější polohovací signál, než je v současné době možné ve vojenských zaměřovacích a rušivých prostředích. Tato zvýšená schopnost je umožněna skutečností, že elektromagnetické metamateriály jsou uměle strukturovanou materiálovou formou, která interaguje s okolními elektromagnetickými vlnami a řídí je, čímž se materiály stávají jak vysílači, tak přijímači.

Typy metamateriálů, které prokazují tyto vlastnosti, mají strukturální vlastnosti vytvořené na stupnici angstromu nebo ve velikosti asi jedné desetiny nanometru. To vyžaduje společné úsilí několika vědních oborů o stavbu takových materiálů, včetně fyziky, chemie a inženýrství v nanotechnologii a materiálových vědách. Zlato, stříbro a kovy mědi, stejně jako plazmy a fotonické krystaly jsou materiály, které byly použity při konstrukci takových elektromagnetických metamateriálů, a jak věda postupuje, použití metamateriálů nachází rostoucí uplatnění v oblasti optiky. Předpokládá se, že taková metamateriály by mohla případně vytvořit formu elektromagnetického pole neviditelnosti, kde by kolem nich bylo možné ohýbat viditelné světlo, aby zakryla jejich přítomnost.