Metamaterjalide

Metamaterjalid on kunstlikult loodud materjalide klass, mille makroskoopilised omadused tulenevad eeskätt nende struktuurist, mitte pelgalt keemilisest koostisest. Need koosnevad sageli väikese skaala üksustest, mis on paigutatud korrapäraselt või keerulisemalt ning mille koostoime annab omadusi, mida looduslikud materjalid ei näita.

Metamaterjalid võimaldavad laineid kontrollida ja kohandada nende suhtlust keskkonnaga. Näiteks võivad need muuta dielektrilised ja magnetilised vastuvõtlikkused, saavutada negatiivne refraktsioon või pakkuda muudetud hajumist. Efektiivne media (homogeniseerimine) kirjeldab, kuidas mikroskoopilised üksused annavad makroskoopilised omadused, mille jaoks ei ole vaja looduslikke stehiomeetriat.

Peamised alamkategorii on elektromagnetilised metamaterjalid, akustilised metamaterjalid, mehaanilised metamaterjalid ja termilised metamaterjalid. Elektromagnetilised metamaterjalid mõjutavad elektromagnetilisi laineid ja kasutavad näiteks split-ring resonatorite või fishnet-struktuuride sarnaseid üksuseid. Akustilised metamaterjalid muudavad helilaineid ning võivad näidata negatiivset massi või negatiivset basseini modulit; mehaanilised metamaterjalid annavad tavapärase jäiga ja elastse vastupidavuse asemel kohandatava käitumise, näiteks auxetilise (negatiivse Poissonsi suhte) omadused. Termilised metamaterjalid suunavad või isolatsioonivad soojusvoogu.

Ajalugu: 1968. aastal teoretiseeris Victor Veselago negatiivse refraktsiooni võimaluse. Esimesed eksperimentaalsed tõendid ilmusid 2000–2001 Shelby, Smith ja Schulti töös. Sellest ajast edasi on metamaterjale arendatud laia spektri rakenduste jaoks, sealhulgas superlense ja kontseptuaalsete varjatus- või cloaking-lahenduste suunas.

Rakendused hõlmavad kommunikatsiooni ja raadioside lahendusi, optilist pildistamist ning akustilist ja soojuslikku juhtivuse kontrolli. Piirangud hõlmavad kaotusi, kitsast töötlusbändi ning keerukat ja kallist tootmist suurtes mahustes.