Metamaterjalidest

Metamaterjalide paljude definitsioonide ühiseks jooneks on tavaliselt omadus, et metamaterjal on omadustega, mida ei leidu teadaolevalt looduses.

Metamaterjalid on negatiivse murdumisnäitajaga, mis põhjustab EM kiirguse suuna muutumist palju rohkem kui positiivse murdumisnäitaja korral nagu näiteks vett läbides. Metamaterjalide eripära ei seisne nende keemilises koostises vaid nende kokkupanekuga saadud struktuuris.
Esimene metamaterjali laadne seade ehitati 2000. aastal mikrolainete sageduste jaoks ja suurem enamus leitavatest tekstidest on oletused sellest, mida võib lainete (seismilistest lainetest nähtava valguse sageduseni) ümber suunamisega teha või arvutisimulatsioonid. 

Tavalised antennid peavad olema vähemalt poole lainepikkuse pikkused, et töödata kuid metamaterjalidest tehtud antennide suuruseks on katsetes saadud 1/50 lainepikkusest ning 95% energiast võib saada raadiolaineteks.

Ühes sellises antennis oli 30 mm küljepikkusega vasest ruut millele oli lisatud vasest "Z" kujuline riba, mis mõjus induktorina.
Tavaantenni puhul põhjustab nende lühidus võrreldes lainepikkusega enamuse energia antenni tagasi peegeldumist. Metamaterjali korral kogub see induktorina energiat ja kiirgab seda välja. Metamaterjalist antenni saab kasutada paljude valitavate lainepikkuste jaoks.


Nähtamatuse osas on suur osa uuringutest tehtud simulatsioonidega. Nähtamatust on saavutatud üksikosakeste varjamisel kuid suuremate objektidega läheb see kiiresti keerulisemaks. Varjamiseks tuleb EM kiirguse jaoks saavutada tingimused, kus see liiguks keskel olevast objektist mööda ning keskel olev objekt oleks sellest kiirgusest isoleeritud. Oluline on arvestada kuidas avaldaks kohalik elektromagnetism mõju footoni elektri ja magnetväljale. Suunamise üheks eelduseks on tugev diamagneetiline mõju ühes suunas ja pidev dielektriline mõju sellega ristuvas suunas. 

Esimene katseliselt töötav mikrolainete varjaja. Selle küljel paistavad kolmes reas mustrid, mis töötavad sarnaselt ostsillaatoritega. Kui neid läbivat magnetvälja muuta, siis tekib elektroodi materjalis vool, mis koguneb sarnaselt kondensaatoriga paralleelsete ribade piirkonnas. Tugevam mõju on nende kujunditega risti langeval magnetväljal ja nende resonantssagedusel on suurim mõju. Mõne sagedusega käitub see metamaterjalina. Sedalaadi struktuure kasutavaid juppe nimetatakse lõhestunud rõngas resonaatoriteks (SRR- split ring resonator).
Varjamine on osaline ja täielik nähtamatus paistab saavutamatuna ka ühe lainepikkuse suhtes.

Väline magnetväli tekitab SRR sees voolu, mille tekitatud magnetväli on vastupidise suunaga kui väline magnetväli. Lõhe tõttu suudab see resonantsiga hoida alal kiirgust, mille lainepikkus on suurem selle diameetrist ning tervete ringidega poleks see saavutatav. Paralleelsed elektrijuhi osad mõjuvad kondensaatorina, mis vähendab resonantssagedust suurendades selle lainepikkust. 
Resonantssagedusest madalama sagedusega on magnetiline läbivus positiivne ning resonantssagedusest kõrgema sagedusega on magnetiline läbivus negatiivne. Negatiivne magnetiline läbivus koos negatiivse dielektrilise konstandiga põhjustavad negatiivset murdumisnäitajat.

Negatiivse dielektrilise konstandi saab kolemmõõtmeliselt ristuvate traatidega. SRR ja metamaterjalide esialgne eesmärk oli luua materjale, mis imiteeriks aatomite skaalas toimuvat suuremas skaalas.

Imiteerides raua laadset aatomit oleks SRR elektroodmaterjal aatomi rollis. Selle ringjas kuju on induktoriks ja lõigatud osas olevad paralleelsed traadid on kondensaatori rollis.

Näide negatiivse dielektrilise konstandi ja magnetilise läbitavuse jaoks vajalikust rõngaste ja traatide paigutusest.