Специалисты из университета Пенсильвании разработали цифровой подход к созданию метаматериалов. В будущем новая технология позволит значительно облегчить создание таких оптических устройств, создание которых нереализуемо в классической оптике – гиперлинз и "плащей-невидимок".
Электромагнитные метаматериалы – искусственные среды, у которых есть непривычные электромагнитные свойства из-за регулярной структуры на масштабах короче длины волны используемого света. Метаматериалы создаются из метаатомов, композитных структур, которые как правило делают из металла и диэлектрика.
Метаатомы короче длины волны, из-за чего свет "не понимает", что метаматериал дискретен. Свойства этой среды при этом будут чувствительны к взаимному расположению метаатомов и их геометрии. В итоге, можно получить электромагнитные свойства, которых нет у природных материалов, в том числе настолько непривычные, как отрицательный показатель преломления.
В своей работе ученые предложили применять для разработки метаатомов и метаматериалов только два элемента, которые назвали битами. Метаатомы, образованные из таких битов, были названы байтами. Их свойства зависимы от геометрии – внутренней или толщины внешней сферы, а также от материала каждой из частей метаатома. Они являются либо плоскими прямоугольниками, либо концентрическими цилиндрами или сферами.
Для презентации работоспособности своей концепции ученые показали численный расчет электромагнитных свойств ряда устройств. Ими стали выпуклая линза с неоднородным распределением диэлектрической проницаемости, канал с почти нулевой диэлектрической проницаемостью и гиперлинза (которая способна создавать изображения предметов, меньших по размеру, чем длина волны используемого света; в обычной оптике создание таких линз невозможно).
Исследование стало первым шагом к появлению реальных цифровых метаматериалов. Прежде компьютерные вычисления ученые проводили, считая, что на метаматериал попадает монохроматический свет. Также для упрощения расчетов все объекты считали двумерными. Переход к трехмерным структурам потребовал применения других форм метаматериальных битов.
Главные темы