metamaterialer

Et typisk metamateriale består av et gjentakende mønster av et eller flere type materialer, ofte metaller, som varierer på en lengdeskala som er mye mindre enn bølgelengden til den elektromagnetiske strålingen som materialet er ment å påvirke.

Et metamateriale får sine spesielle egenskaper fra geometrien og strukturen til materialkomponentene som utgjør metamaterialet, og ikke primært fra egenskapene til selve materialene komponentene består av. Ved å designe formen, størrelsen og geometrien til komponentene i metamaterialet, oppstår nyttige optiske egenskaper i form av for eksempel svært høy absorpsjon eller manipulering av lysbaner.

Noen metamaterialer fremviser en negativ brytningsindeks og har tiltrukket seg spesielt mye oppmerksomhet i dette feltet siden den store majoriteten av optiske materialer har en positiv brytningsindeks. Så lenge periodisiteten til materialkomponentene som metamaterialet er satt sammen av er liten i forhold til bølgelengden til den relevante elektromagnetiske strålingen, kan metamaterialet beskrives som et effektivt homogent materiale med en effektiv permittivitet og permeabilitet.

Idéen om å designe kunstige materialer for å kunne manipulere elektromagnetiske bølger kan spores tilbake til forskning av Jagadish Bose i 1898. Han studerte materie med kirale egenskaper, et felt som ble videreutviklet på midten av 1900-tallet av Winston Kock.

I 2000 publiserte John Pendry en artikkel i Physical Review Letters (se Eksterne lenker), hvor det ble predikert at metamaterialer med negativ brytningsindeks kunne danne såkalte superlinser. I motsetning til vanlige linser, som er begrenset av bølgelengden til lyset, ville slike superlinser kunne ha en mye finere oppløsning uten en slik begrensning. Metamaterialer kan på denne måten brukes til overskride den optiske diffraksjonsgrensen.

Noen egenskaper til materialer med negativ brytningsindeks hadde tidligere, i 1967, blitt beskrevet teoretisk av Victor Veselago. I årene etter Pendrys prediksjon klarte flere eksperimentelle grupper å demonstrere negativ brytningsindeks i metamaterialer.

På grunn av de unike optiske egenskapene til metamaterialer, er det blitt foreslått flere typer anvendelser, inkludert effektiv absorbsjon av elektromagnetisk stråling, superlinser og forbedrede antenner. Antenner laget av metamaterialer er kommersielt tilgjengelige, mens de andre potensielle typene av anvendelser fremdeles er på forskningsstadiet.

Hovedutfordringene for å kommersialisere teknologi basert på metamaterialer er per dags dato at energitapet av den elektromagnetiske strålingen i slike materialer må reduseres og at produksjonen må kunne utføres på industriell skala.

• optikk
• materialfysikk
• smarte materialer

• J. B. Pendry. Negative refraction makes a perfect lens. Phys. Rev. Lett. 85, 3966 (2000).