Kas ir elektromagnētiskie metamateriāli?

Lai gan elektromagnētiskajiem metamateriāliem ir plašs potenciālo pielietojumu klāsts, liela daļa pētījumu par šādiem materiāliem kopš 2011. gada ir vērsta uz mikroviļņu inženieriju progresīvām antenām un citām ar magnētiskām sistēmām. Šie mākslīgi strukturētie materiāli spēj attīstīt magnētisma īpašības mikroviļņu lauku vai terahercu infrasarkano staru lauku klātbūtnē, kas atrodas tieši starp elektromagnētiskā (EM) spektra mikroviļņu un redzamās gaismas diapazonu. Šādi materiāli citādi nebūtu magnētiski, un šīs īpašības stimulēšana tajos fizikā tiek saukta par kreiso roku (LH) uzvedības radīšanu. Šādas uzvedības radīšana nemagnētiskās ierīcēs būtu noderīga progresīvu filtru un staru kūļa nobīdes vai fāzes nobīdes elektronikas ražošanā.

Metamateriālu izmantošana vēl vairāk miniaturizētu elektronikas komponentus, kā arī padarītu shēmas un antenas selektīvākas vai necaurlaidīgākas pret dažādām EM diapazona joslām. Viena pielietojuma piemērs elektromagnētisko viļņu precīzākai kontrolei varētu būt globālās pozicionēšanas sistēmas (GPS) tehnoloģijā, kas varētu pārraidīt vai bloķēt precīzāku pozicionēšanas signālu, nekā pašlaik ir iespējams militārās mērķēšanas un traucēšanas vidēs. Šo uzlaboto spēju nodrošina fakts, ka elektromagnētiskie metamateriāli ir mākslīgi strukturēta materiāla forma, kas gan mijiedarbojas, gan kontrolē apkārtējās vides elektromagnētiskos viļņus, padarot materiālus gan par raidītājiem, gan uztvērējiem.

Metamateriālu veidiem, kas demonstrē šīs īpašības, ir strukturālas iezīmes, kas izstrādātas angstrema mērogā vai apmēram vienas desmitdaļas nanometra izmērā. Tas prasa vairāku zinātnes jomu kopīgus centienus, lai izveidotu šādus materiālus, tostarp fizikā, ķīmijā un inženierzinātnēs nanotehnoloģijās un materiālu zinātnē. Zelts, sudrabs un varš metāli, kā arī plazmas un fotoniskie kristāli ir materiāli, kas izmantoti šādu elektromagnētisko metamateriālu konstruēšanā, un, zinātnei attīstoties, metamateriālu izmantošana kļūst arvien plašāka optikas jomā. Pastāv teorija, ka galu galā šādi metamateriāli varētu radīt elektromagnētiskā neredzamības lauka formu, kur redzamā gaisma varētu tikt saliekta ap tiem, lai slēptu to klātbūtni.