मेटामटेरियल्स अनुप्रयोग. ऋणात्मक अपवर्तनांक वाली सामग्री। विभिन्न विद्युत गुणों के साथ मेटामटेरियल्स बनाए जा सकते हैं। इसलिए उन्हें उनकी सापेक्ष पारगम्यता के अनुसार विभाजित किया गया है

मेटामटेरियल्स वे सामग्रियां हैं जिनके प्राकृतिक गुण प्राकृतिक भौतिक गुणों से नहीं, बल्कि मनुष्य द्वारा बनाई गई आवधिक सूक्ष्म संरचना से निर्धारित होते हैं। मेटामटेरियल क्यूब तांबे के कंडक्टरों और विभाजित रिंगों द्वारा निर्मित एक त्रि-आयामी मैट्रिक्स है। 10 गीगाहर्ट्ज़ के आसपास आवृत्तियों वाले माइक्रोवेव ऐसे क्यूब में असामान्य रूप से व्यवहार करते हैं, क्योंकि उनके लिए क्यूब का अपवर्तनांक नकारात्मक होता है। सुपर रेजोल्यूशन 2/24 रेडियो रेंज के साथ ग्रेटिंग पिच 2.68 मिमी सुपर लेंस

मेटामटेरियल के गुण और संरचना मेटामटेरियल के निर्माण खंड विद्युत चुम्बकीय अनुनादक होते हैं, जो आमतौर पर धातु की पट्टियों, सर्पिल और टूटे हुए छल्ले के रूप में होते हैं। (चित्र 1) अनुनादकों के आकार, आकार और सापेक्ष स्थिति को बदलकर, मेटामटेरियल्स के गुणों को दिशात्मक तरीके से आकार देना संभव है। मेटामटेरियल्स के गुण इसकी संरचना में शामिल घटकों के गुणों से काफी भिन्न होते हैं और घटकों के विशेष क्रम और संरचना द्वारा निर्धारित होते हैं (चित्र 2)। 1 तस्वीर. 2 3/24

सृष्टि का इतिहास 1898 में, जगदीस चंद्र बोस ने अपने द्वारा बनाई गई घुमावदार संरचनाओं के ध्रुवीकरण गुणों का अध्ययन करने के लिए पहला माइक्रोवेव प्रयोग किया। 1914 में, लिंडमैन ने कृत्रिम मीडिया पर काम किया, जिसमें कई बेतरतीब ढंग से उन्मुख छोटे तार शामिल थे, जो एक सर्पिल में मुड़े हुए थे और एक माध्यम में एम्बेडेड थे जो उन्हें ठीक करता था। नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक वाले मेटामटेरियल्स का पहला उल्लेख सोवियत भौतिक विज्ञानी विक्टर वेसेलागो के काम के उल्लेख से शुरू होता है, जो 1968 में "एडवांस इन फिजिकल साइंसेज" पत्रिका में प्रकाशित हुआ था। 4/24 जगदीस चंद्र बोस विक्टर वेसेलागो

अपवर्तन का नकारात्मक सूचकांक प्रकृति में पाए जाने वाले सभी मीडिया के लिए, आपतित और अपवर्तित प्रकाश की किरणें अपवर्तन के बिंदु पर मीडिया के बीच इंटरफेस में बहाल सामान्य के विपरीत दिशा में होती हैं। नकारात्मक ढांकता हुआ स्थिरांक वाली प्राकृतिक सामग्री सर्वविदित है - प्लाज्मा आवृत्ति से ऊपर आवृत्तियों पर कोई भी धातु। इस मामले में ε

नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक μ प्राप्त करने के लिए

दृश्यमान स्पेक्ट्रम सबसे पहले, वैज्ञानिकों ने कांच की एक शीट ली और इसे चांदी की एक पतली परत से लेपित किया, फिर मैग्नीशियम फ्लोराइड की एक परत, फिर चांदी की एक और परत; इस प्रकार, केवल 100 एनएम की मोटाई वाला एक फ्लोराइड "सैंडविच" प्राप्त किया गया था। इसके बाद वैज्ञानिकों ने इस "सैंडविच" में कई छोटे वर्गाकार छेद (केवल 100 एनएम चौड़े, लाल प्रकाश की तरंग दैर्ध्य से बहुत छोटे) बनाने के लिए मानक नक़्क़ाशी तकनीक का उपयोग किया; नतीजा मछली पकड़ने के जाल की याद दिलाने वाली एक जालीदार संरचना थी। फिर उन्होंने परिणामी सामग्री के माध्यम से लाल प्रकाश की किरण पारित की और अपवर्तक सूचकांक मापा, जो -0.6 था। 7/24 डीएनए अणु

अनुप्रयोग मेटामटेरियल्स के संभावित अनुप्रयोग अंतरिक्ष प्रणालियों से लेकर चिकित्सा तक, विद्युत चुम्बकीय विकिरण का उपयोग करने वाले सभी क्षेत्रों तक फैले हुए हैं। वर्तमान में विकसित किए जा रहे विद्युत चुम्बकीय मेटामटेरियल्स की सीमा बहुत बड़ी है: मेटामटेरियल्स का उपयोग करके, ऐसे उपकरण बनाना संभव है जिन्हें केवल प्राकृतिक सामग्रियों का उपयोग करके बनाना असंभव है। नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक उच्च-परिभाषा छवि अदृश्यता क्लोक नैनो-ऑप्टिकल और क्वांटम सूचना प्रौद्योगिकियां रेडियो फ्रीक्वेंसी, माइक्रोवेव, टेराहर्ट्ज, ऑप्टिकल मेटामटेरियल्स नैनोटेक्नोलॉजी के प्रासंगिक क्षेत्र में काम करती हैं - नैनोफोटोनिक्स - ऐसे उपकरण बनाना संभव बनाएगी जो मौजूदा कंप्यूटरों की तुलना में सूचनाओं को बहुत तेजी से संसाधित करते हैं। . इस तथ्य के कारण कि मेटामटेरियल्स में एक नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक होता है, वे वस्तुओं को छिपाने के लिए आदर्श होते हैं, क्योंकि उन्हें रेडियो टोही छलावरण रेडियो टोही 8/24 के माध्यम से पता नहीं लगाया जा सकता है।

मेटामटेरियल्स का उपयोग करके, न केवल ज्ञात विद्युत चुम्बकीय उपकरणों के मापदंडों में उल्लेखनीय सुधार करना संभव है, बल्कि मौलिक रूप से नए उपकरण भी बनाना संभव है: विकिरण तरंग दैर्ध्य की तुलना में बहुत छोटे रिज़ॉल्यूशन वाले सुपर लेंस से लेकर अदृश्य स्क्रीन तक। अधिकांश व्यावहारिक अनुप्रयोगों - अदृश्यता स्क्रीन से लेकर सुपरलेंस और पोलराइज़र तक - सटीक त्रि-आयामी तत्वों के साथ मेटामटेरियल के निर्माण की आवश्यकता होती है। 9/24

उपलब्धियां: 1. सुपरलेंस (नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक वाली सामग्री पारंपरिक प्रकाशिकी के रिज़ॉल्यूशन की विवर्तन सीमा को पार कर सकती है। नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक वाले पहले प्रयोगात्मक रूप से प्रदर्शित लेंस का रिज़ॉल्यूशन विवर्तन सीमा से तीन गुना बेहतर था।) 2. दीवारों के माध्यम से दृष्टि . (कृत्रिम सामग्रियों का एक नया वर्ग जो टेराहर्ट्ज़ विकिरण के प्रति एक मजबूत चुंबकीय प्रतिक्रिया प्रदर्शित करता है।) 3. ब्लफ़ दीवार। (वास्तविक वस्तु की अनुपस्थिति का भ्रम पैदा करता है, फिर "गेट" यह धारणा बनाता है कि वस्तु (इस मामले में दीवार) वहां मौजूद है जहां वास्तव में इसका अस्तित्व नहीं है (अर्थात, एक खुला चैनल है)। 4 . एंटी-मिरर (विद्युत चुम्बकीय तरंग को प्रतिबिंबित करते समय, यह चुंबकीय घटक कंपन को उलट देता है, लेकिन विद्युत को प्रभावित नहीं करता है। इसलिए, सामान्य दर्पण की तुलना में, इसे एंटी-मिरर कहा जा सकता है।) 5. अदृश्यता लबादा। 10/24

फोटोनिक क्रिस्टल एक फोटोनिक क्रिस्टल एक आवधिक संरचना है जो आपको विकिरण की दिशा बदलने और एक निश्चित आवृत्ति के साथ विकिरण उत्सर्जित (संचारित या अवशोषित) करने की अनुमति देती है। फोटोनिक क्रिस्टल का विचार 1987 में एली याब्लोनोविच द्वारा प्रस्तावित किया गया था। अपवर्तक सूचकांक में आवधिक परिवर्तनों के लिए धन्यवाद, फोटॉन ऊर्जा के लिए अनुमत और निषिद्ध क्षेत्र प्राप्त करना संभव है। 11/24

फोटोनिक चिप फोटॉनों के क्वांटम उलझाव पर आधारित एक उपकरण है, जिसमें उलझे हुए फोटॉनों की क्वांटम अवस्था के साथ सभी प्रकार के हेरफेर किए जाते हैं और प्राप्त परिणामों को उच्च सटीकता के साथ मापा जाता है। लक्ष्य कॉम्पैक्ट हाई-स्पीड सूचना प्रसंस्करण उपकरण बनाना है जो 100 गीगाबिट प्रति सेकंड से अधिक की गति पर इनपुट स्ट्रीम के साथ सफलतापूर्वक सामना कर सकते हैं। 12/24 फोटॉनों का क्वांटम उलझाव

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अतिशयोक्तिपूर्ण मेटामटेरियल्स विशेषताएँ: अनिसोट्रॉपी की उच्च डिग्री, संक्रमण धातुओं और ढांकता हुआ परतों से निर्मित, धातु और ढांकता हुआ गुणों से युक्त, ऐसी सामग्रियों में प्रकाश का फैलाव अतिशयोक्तिपूर्ण हो जाता है, रेडियोधर्मी क्षय की दर के अनुपात में, राज्यों के फोटॉन के घनत्व को बढ़ा सकता है, इनकी एक बड़ी संख्या नुकसान का कारण बनती है। हाइपरबोलिक फैलाव वाले मेटामटेरियल्स। उच्च स्तर की अनिसोट्रॉपी के साथ 3डी एचएमएम के उदाहरण। प्लास्मोनिक नैनोवायर (ए) और धातु और ढांकता हुआ (बी) की संक्रमण परतों से बना है। k(x) और k(0) सामान्यीकृत तरंग वेक्टर के स्पर्शरेखीय घटक हैं; Ex, Ey, Ez मुक्त स्थान पारगम्यता टेंसर के विकर्ण घटक हैं, और मुक्त स्थान में तरंग दैर्ध्य है। (सी) पारंपरिक डाइलेक्ट्रिक्स (नीचे) की तुलना में एचएमएम में सिम्युलेटेड उत्सर्जन और एचएमएम (शीर्ष) में पावर स्पेक्ट्रम 15

मेटासर्फेस मेटासर्फेस मेटामटेरियल्स की बहुत पतली फिल्में होती हैं जिनमें ऑक्साइड की परतें या छोटे सबवेवलेंथ एंटेना की द्वि-आयामी संरचना होती है। मौजूदा अर्धचालक प्रौद्योगिकियों और प्रक्रियाओं के साथ संगत, इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी या केंद्रित आयन बीम कटिंग का उपयोग करके मेटासर्फेस बनाए जाते हैं। हाल ही में, इन्हें जिंक और इंडियम ऑक्साइड, मिश्रित एल्यूमीनियम और गैलियम से बनाया गया है। इन धातुओं और धातु ऑक्साइडों में ऑप्टिकल हानि कम होती है और मौजूदा ऑप्टिकल सिस्टम में मॉड्यूलेशन के लिए अधिक लचीलापन होता है। मेटासरफेस 16/24

मेटा सतहों के गुणों की विशेषता कम नुकसान, एक विस्तृत ऑपरेटिंग स्पेक्ट्रम, प्रकाश विशेषताओं का नियंत्रण (आवृत्ति, चरण, आवेग, कोणीय गति और ध्रुवीकरण), प्रभावी प्रकाश मॉड्यूलेशन, किसी दिए गए आकार के प्रकाश दालों की पीढ़ी, प्रसार का नियंत्रण है। अंतरिक्ष में प्रकाश किरणों की, नैनो-परिशुद्धता के साथ संरचनाओं का निदान 17/24 मेटा सतहों की छवियां, एक स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप का उपयोग करके प्राप्त की गईं।

18/24 चित्र में दाईं ओर (भाग बी) तथाकथित "हाइपरबोलिक मेटासर्फेस" का एक योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व है - एक लघु धातु जाली जिसका उपयोग क्वांटम उत्सर्जकों द्वारा फोटॉन उत्सर्जन की दर को बढ़ाने के लिए किया जाता है। इसके अनुप्रयोग का क्षेत्र क्वांटम सूचना प्रणाली है, जिसमें क्वांटम कंप्यूटर भी शामिल हैं, जो संभावित रूप से आधुनिक कंप्यूटरों की तुलना में बहुत अधिक शक्तिशाली हैं। बायां चित्र (भाग ए) नैनो-एंटेना की एक सरणी दिखाता है, जो प्लास्मोनिक मेटासरफेस का एक उदाहरण है। इसका उपयोग कई अनुप्रयोगों में संभव है, जिसमें ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के रिज़ॉल्यूशन को 10 गुना तक बढ़ाने के लिए हाइपरलेंस के रूप में इसका उपयोग भी शामिल है।

हाइपरबोलिक मेटा-सतहें विशेषताएँ: छोटे, पुनःपूर्ति योग्य नुकसान, फोटोनिक अवस्थाओं के घनत्व पर व्यापक नियंत्रण, हाइपरबोलिक मेटा-सतहें। (ए) एक ढांकता हुआ धातु जाली से युक्त मेटा-सतह पर क्वांटम स्रोतों की उत्सर्जन दर में वृद्धि का चित्रण सब्सट्रेट (बी और सी) प्रवर्धन के बिना सतह हाइपरलेंस का चित्रण (बी) और लाभ के साथ (सी)। दो डिफ्यूज़र झंझरी के शीर्ष पर स्थित हैं और उनकी सबवेवलेंथ पृथक्करण 19/24 है

मेटा सतहों के अनुप्रयोग को अधिक जटिल सर्किटों में एकीकृत किया जा सकता है: जीव विज्ञान और चिकित्सा में उपयोग किए जाने वाले कंप्यूटर माइक्रोप्रोसेसर लघु बहुक्रियाशील उपकरण (किसी व्यक्ति या वस्तु को "देखने" के लिए, भविष्य में आपको हानिरहित एक्स-रे का सहारा नहीं लेना पड़ेगा। मेटामटेरियल्स होंगे) आपको किसी भी तरंग दैर्ध्य के साथ काम करने की अनुमति देता है - और किसी भी उद्देश्य के लिए)। मेटा सतहों का उपयोग व्यापक श्रेणी के इन्फ्रारेड रासायनिक सेंसर के रूप में भी किया जा सकता है मेटास्ट्रक्चर का उपयोग कंप्यूटर होलोग्राम बनाने के लिए किया जा सकता है क्वांटम सूचना प्रौद्योगिकियों में अनुप्रयोग माइक्रोस्कोप के तहत वैज्ञानिकों द्वारा विकसित मेटलेंस की तस्वीर। 20/24 कंप्यूटर होलोग्राम का एक उदाहरण

निष्कर्ष मेटामटेरियल्स के संभावित अनुप्रयोग अंतरिक्ष प्रणालियों से लेकर चिकित्सा तक, विद्युत चुम्बकीय विकिरण का उपयोग करने वाले सभी क्षेत्रों तक फैले हुए हैं। नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक उच्च परिभाषा इमेजिंग छलावरण प्रौद्योगिकियां नैनो-ऑप्टिकल और क्वांटम सूचना प्रौद्योगिकियां फोटोनिक चिप पर आधारित कंप्यूटर प्रौद्योगिकियां प्रत्येक क्षेत्र में वैज्ञानिकों ने काफी उपलब्धियां हासिल की हैं, लेकिन अब तक मेटामटेरियल्स पर आधारित प्रौद्योगिकियों का समाज में व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया गया है। सभी क्षेत्रों में मुख्य समस्या प्रौद्योगिकियों का लघुकरण है। 21/24

संदर्भ प्लेनर फोटोनिक्स और मेटासर्फेस (किल्डीशेव ए.वी., शालेव वी.एम.) - मेटामटेरियल्स या "अदृश्यता" दुविधा नकारात्मक। मेटामटेरियल्स के दृश्य स्पेक्ट्रम अनुप्रयोग के लिए अपवर्तक सूचकांक मेटामटेरियल्स 22/24

अद्भुत ऑप्टिकल गुणों वाले मेटामटेरियल से निर्मित, सुपरलेंस उपयोग किए गए प्रकाश की तरंग दैर्ध्य से छोटे विवरण के साथ छवियां बना सकते हैं।

लगभग 40 साल पहले, सोवियत वैज्ञानिक विक्टर वेसेलागो ने नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक (यूएफएन, 1967, खंड 92, पृष्ठ 517) वाली सामग्रियों के अस्तित्व के बारे में एक परिकल्पना सामने रखी थी। उनमें प्रकाश तरंगों को किरण के प्रसार की दिशा के विपरीत चलना चाहिए और आम तौर पर आश्चर्यजनक तरीके से व्यवहार करना चाहिए, जबकि इन सामग्रियों से बने लेंस में जादुई गुण और नायाब विशेषताएं होनी चाहिए। हालाँकि, सभी ज्ञात पदार्थों में एक सकारात्मक अपवर्तक सूचकांक होता है: कई वर्षों की गहन खोजों के बाद, वेसेलागो को उपयुक्त विद्युत चुम्बकीय गुणों वाली एक भी सामग्री नहीं मिली, और उनकी परिकल्पना को भुला दिया गया। उन्हें इसकी याद 21वीं सदी की शुरुआत में ही आई। (सेमी।: )।

सामग्री विज्ञान में हालिया प्रगति के लिए धन्यवाद, वेसेलागो के विचार को पुनर्जीवित किया गया है। पदार्थों के विद्युत चुम्बकीय गुण उन्हें बनाने वाले परमाणुओं और अणुओं की विशेषताओं से निर्धारित होते हैं, जिनमें विशेषताओं की एक संकीर्ण सीमा होती है। इसलिए, हमें ज्ञात लाखों सामग्रियों के गुण इतने विविध नहीं हैं। हालाँकि, 1990 के दशक के मध्य में। सामग्री प्रौद्योगिकी केंद्र के वैज्ञानिक। इंग्लैंड में मार्कोनी ने ऐसे मेटामटेरियल बनाना शुरू किया जो स्थूल तत्वों से युक्त थे और किसी भी ज्ञात पदार्थ की तुलना में पूरी तरह से अलग तरीके से विद्युत चुम्बकीय तरंगों को बिखेरते थे।

2000 में, कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय, सैन डिएगो में डेविड स्मिथ और उनके सहयोगियों ने एक नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक के साथ एक मेटामेट्री का निर्माण किया। इसमें प्रकाश का व्यवहार इतना अजीब निकला कि सिद्धांतकारों को पदार्थों के विद्युत चुम्बकीय गुणों पर किताबें फिर से लिखनी पड़ीं। प्रयोगकर्ता पहले से ही ऐसी प्रौद्योगिकियां विकसित कर रहे हैं जो मेटामटेरियल्स के अद्भुत गुणों का लाभ उठाते हैं, सुपरलेंस बनाते हैं जो उपयोग किए गए प्रकाश की तरंग दैर्ध्य से छोटे विवरण के साथ छवियां उत्पन्न कर सकते हैं। उनकी मदद से नैनोस्कोपिक तत्वों के साथ माइक्रो सर्किट बनाना और ऑप्टिकल डिस्क पर भारी मात्रा में जानकारी रिकॉर्ड करना संभव होगा।

नकारात्मक अपवर्तन

यह समझने के लिए कि नकारात्मक अपवर्तन कैसे होता है, आइए हम पदार्थ के साथ विद्युत चुम्बकीय विकिरण की परस्पर क्रिया के तंत्र पर विचार करें। इसके माध्यम से गुजरने वाली विद्युत चुम्बकीय तरंग (जैसे प्रकाश की किरण) परमाणुओं या अणुओं के इलेक्ट्रॉनों को गति करने का कारण बनती है। इसमें तरंग ऊर्जा का कुछ हिस्सा खर्च होता है, जो इसके गुणों और प्रसार की प्रकृति को प्रभावित करता है। आवश्यक विद्युत चुम्बकीय विशेषताओं को प्राप्त करने के लिए, शोधकर्ता सामग्री की रासायनिक संरचना का चयन करते हैं।

लेकिन जैसा कि मेटामटेरियल्स के उदाहरण से पता चलता है, रसायन विज्ञान पदार्थ के दिलचस्प गुणों को प्राप्त करने का एकमात्र तरीका नहीं है। किसी सामग्री की विद्युतचुंबकीय प्रतिक्रिया को छोटी स्थूल संरचनाएँ बनाकर "इंजीनियरिंग" किया जा सकता है। तथ्य यह है कि आमतौर पर विद्युत चुम्बकीय तरंग की लंबाई परमाणुओं या अणुओं के आकार से कई गुना अधिक होती है। तरंग किसी एक अणु या परमाणु को नहीं, बल्कि लाखों कणों की सामूहिक प्रतिक्रिया को "देखती" है। यह मेटामटेरियल्स के लिए भी सच है, जिनके तत्व तरंग दैर्ध्य से भी काफी छोटे होते हैं।

विद्युत चुम्बकीय तरंगों के क्षेत्र में, जैसा कि उनके नाम से पता चलता है, विद्युत और चुंबकीय दोनों घटक होते हैं। किसी पदार्थ में इलेक्ट्रॉन विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में और चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में एक वृत्त में आगे-पीछे चलते हैं। अंतःक्रिया की डिग्री पदार्थ की दो विशेषताओं द्वारा निर्धारित की जाती है: ढांकता हुआ स्थिरांक ε और चुंबकीय पारगम्यता μ . पहला विद्युत क्षेत्र में इलेक्ट्रॉनों की प्रतिक्रिया की डिग्री दिखाता है, दूसरा - चुंबकीय क्षेत्र में प्रतिक्रिया की डिग्री दिखाता है। सामग्री का विशाल बहुमत ε और μ शून्य के ऊपर।

किसी पदार्थ के ऑप्टिकल गुणों को उसके अपवर्तनांक द्वारा दर्शाया जाता है एन, जिससे सम्बंधित है ε और μ सरल संबंध: n = ± √(ε∙μ). सभी ज्ञात सामग्रियों के वर्गमूल के सामने "+" चिह्न होना चाहिए और इसलिए उनका अपवर्तनांक सकारात्मक होना चाहिए। हालाँकि, 1968 में वेसेलागो ने दिखाया कि पदार्थ नकारात्मक हैं ε और μ अपवर्तक सूचकांक एनशून्य से कम होना चाहिए. नकारात्मक ε या μ तब प्राप्त होते हैं जब किसी पदार्थ में इलेक्ट्रॉन विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र द्वारा निर्मित बलों के विपरीत दिशा में चलते हैं। हालाँकि यह व्यवहार विरोधाभासी लगता है, इलेक्ट्रॉनों को विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र की ताकतों के विरुद्ध गति कराना उतना मुश्किल नहीं है।

यदि आप पेंडुलम को अपने हाथ से धक्का देते हैं, तो यह आज्ञाकारी रूप से धक्का की दिशा में आगे बढ़ेगा और तथाकथित गुंजयमान आवृत्ति के साथ दोलन करना शुरू कर देगा। झूले के साथ समय पर पेंडुलम को धक्का देकर, आप दोलनों के आयाम को बढ़ा सकते हैं। यदि आप इसे उच्च आवृत्ति के साथ दबाते हैं, तो झटके चरण में दोलनों के साथ मेल नहीं खाएंगे, और किसी बिंदु पर हाथ उसकी ओर बढ़ते हुए पेंडुलम से टकराएगा। इसी प्रकार, नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक वाले पदार्थ में इलेक्ट्रॉन चरण से बाहर चले जाते हैं और विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के "धक्का" का विरोध करना शुरू कर देते हैं।

metamaterials

इस प्रकार की नकारात्मक प्रतिक्रिया की कुंजी अनुनाद है, यानी एक विशिष्ट आवृत्ति पर कंपन करने की प्रवृत्ति। इसे छोटे गुंजयमान सर्किट का उपयोग करके मेटामटेरियल में कृत्रिम रूप से बनाया जाता है जो चुंबकीय या विद्युत क्षेत्र में किसी पदार्थ की प्रतिक्रिया का अनुकरण करता है। उदाहरण के लिए, एक टूटे हुए रिंग रेज़ोनेटर (आरआरआर) में, धातु की अंगूठी से गुजरने वाला एक चुंबकीय प्रवाह इसमें गोलाकार धाराओं को प्रेरित करता है, उन धाराओं के समान जो कुछ सामग्रियों के चुंबकत्व का कारण बनते हैं। और सीधी धातु की छड़ों की जाली में, विद्युत क्षेत्र उनके साथ निर्देशित धाराएँ बनाता है।

ऐसे सर्किट में मुक्त इलेक्ट्रॉन कंडक्टर के आकार और आकार के आधार पर गुंजयमान आवृत्ति के साथ दोलन करते हैं। यदि गुंजयमान आवृत्ति से नीचे की आवृत्ति वाला क्षेत्र लागू किया जाता है, तो एक सामान्य सकारात्मक प्रतिक्रिया देखी जाएगी। हालाँकि, जैसे-जैसे आवृत्ति बढ़ती है, प्रतिक्रिया नकारात्मक हो जाती है, जैसे कि एक पेंडुलम के मामले में जो आपकी ओर बढ़ रहा है यदि आप इसे अनुनाद के ऊपर आवृत्ति के साथ धक्का देते हैं। इस प्रकार, एक निश्चित आवृत्ति रेंज में कंडक्टर एक माध्यम के रूप में विद्युत क्षेत्र पर नकारात्मक प्रतिक्रिया कर सकते हैं ε , और कट वाले छल्ले नकारात्मक सामग्री की नकल कर सकते हैं μ . कट वाले ये कंडक्टर और रिंग मेटामटेरियल्स की एक विस्तृत श्रृंखला बनाने के लिए आवश्यक प्राथमिक ब्लॉक हैं, जिनमें वेसेलागो भी शामिल है जिन्हें वेसेलागो ढूंढ रहा था।

नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक वाली सामग्री बनाने की संभावना की पहली प्रायोगिक पुष्टि 2000 में सैन डिएगो में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय में प्राप्त की गई थी ( यूसीएसडी). क्योंकि मेटामटेरियल के मूलभूत निर्माण खंड तरंग दैर्ध्य से बहुत छोटे होने चाहिए, शोधकर्ताओं ने सेंटीमीटर-तरंग दैर्ध्य विकिरण के साथ काम किया और कुछ मिलीमीटर आकार के तत्वों का उपयोग किया।

कैलिफ़ोर्निया के वैज्ञानिकों ने प्रत्यावर्ती कंडक्टरों और आरकेआर से युक्त एक मेटामटेरियल डिज़ाइन किया है, जिसे एक प्रिज्म के रूप में इकट्ठा किया गया है। कंडक्टरों ने नकारात्मक प्रदान किया ε , और कट वाले छल्ले - नकारात्मक μ . परिणाम एक नकारात्मक अपवर्तनांक होना चाहिए था। तुलना के लिए, टेफ्लॉन से बिल्कुल उसी आकार का एक प्रिज्म बनाया गया था, जो एन= 1.4. शोधकर्ताओं ने प्रिज्म के किनारे पर माइक्रोवेव विकिरण की एक किरण निर्देशित की और विभिन्न कोणों पर इससे निकलने वाली तरंगों की तीव्रता को मापा। जैसा कि अपेक्षित था, किरण को टेफ्लॉन प्रिज्म द्वारा सकारात्मक रूप से अपवर्तित किया गया था और मेटामेट्री प्रिज्म द्वारा नकारात्मक रूप से अपवर्तित किया गया था। वेसेलागो की धारणा वास्तविकता बन गई: अंततः एक नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक वाली सामग्री प्राप्त हुई। या नहीं?

वांछित या वास्तविक?

में प्रयोग यूसीएसडीनकारात्मक अपवर्तक सूचकांक वाली सामग्रियों के गुणों के बारे में भौतिक विज्ञानी जो उल्लेखनीय नई भविष्यवाणियाँ कर रहे थे, उन्होंने अन्य शोधकर्ताओं के बीच रुचि की लहर पैदा कर दी। जब वेसेलागो ने अपनी परिकल्पना व्यक्त की, तब तक मेटामटेरियल्स मौजूद नहीं थे, और विशेषज्ञों ने नकारात्मक अपवर्तन की घटना का सावधानीपूर्वक अध्ययन नहीं किया था। अब वे उस पर अधिक ध्यान देने लगे। संशयवादियों ने पूछा है कि क्या नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक वाली सामग्री भौतिकी के मौलिक नियमों का उल्लंघन करती है। यदि ऐसा हुआ तो संपूर्ण शोध कार्यक्रम सवालों के घेरे में आ जाएगा।

सबसे अधिक गरमागरम बहस जटिल सामग्री में तरंग गति के प्रश्न पर हुई। प्रकाश निर्वात में अधिकतम गति से यात्रा करता है सी= 300 हजार किमी/सेकेंड. पदार्थ में प्रकाश की गति कम होती है: वी =सी/एन. लेकिन क्या होगा अगर एननकारात्मक? प्रकाश की गति के सूत्र की एक सरल व्याख्या से पता चलता है कि प्रकाश विपरीत दिशा में यात्रा करता है।

अधिक संपूर्ण उत्तर इस बात को ध्यान में रखता है कि तरंग की दो गति होती हैं: चरण और समूह। उनके अर्थ को समझने के लिए, एक माध्यम से गुजरते हुए प्रकाश की एक स्पंदन की कल्पना करें। यह कुछ इस तरह दिखेगा: तरंग का आयाम नाड़ी के केंद्र पर अधिकतम तक बढ़ जाता है, और फिर कम हो जाता है। चरण वेग व्यक्तिगत विस्फोटों की गति है, और समूह वेग वह गति है जिस पर पल्स लिफाफा घूम रहा है। उनका एक जैसा होना ज़रूरी नहीं है.

वेसेलागो ने पाया कि एक नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक वाली सामग्री में, समूह और चरण वेग विपरीत दिशाओं में चलते हैं: व्यक्तिगत मैक्सिमा और मिनिमा पीछे की ओर बढ़ते हैं, जबकि संपूर्ण गति आगे बढ़ती है। यह विचार करना दिलचस्प है कि नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक वाली सामग्री में डूबे किसी स्रोत (उदाहरण के लिए, स्पॉटलाइट) से प्रकाश की निरंतर किरण कैसे व्यवहार करेगी। यदि हम किसी प्रकाश तरंग के अलग-अलग दोलनों का निरीक्षण कर सकें, तो हम उन्हें किरण द्वारा प्रकाशित किसी वस्तु पर दिखाई देंगे, पीछे की ओर बढ़ते हुए देखेंगे और अंततः स्पॉटलाइट में गायब हो जाएंगे। हालाँकि, प्रकाश किरण की ऊर्जा प्रकाश स्रोत से दूर जाकर आगे बढ़ती है। यह इस दिशा में है कि किरण वास्तव में अपने व्यक्तिगत दोलनों की आश्चर्यजनक पिछड़ी गति के बावजूद फैलती है।

व्यवहार में, प्रकाश तरंग के व्यक्तिगत दोलनों का निरीक्षण करना कठिन होता है, और नाड़ी का आकार बहुत जटिल हो सकता है, इसलिए भौतिक विज्ञानी अक्सर चरण और समूह वेग के बीच अंतर दिखाने के लिए एक चतुर चाल का उपयोग करते हैं। जब थोड़ी अलग तरंग दैर्ध्य वाली दो तरंगें एक ही दिशा में चलती हैं, तो वे हस्तक्षेप करती हैं, जिससे धड़कनों का एक पैटर्न बनता है जिनकी चोटियाँ समूह वेग के साथ चलती हैं।

इस तकनीक को प्रयोग में लागू करना यूसीएसडी 2002 में अपवर्तन के दौरान, ऑस्टिन में टेक्सास विश्वविद्यालय में प्रशांत एम. वलंजू और उनके सहयोगियों ने कुछ दिलचस्प देखा। नकारात्मक और सकारात्मक अपवर्तक सूचकांक वाले मीडिया के बीच इंटरफेस पर अपवर्तित होकर, विभिन्न तरंग दैर्ध्य वाली दो तरंगें थोड़े अलग कोणों पर विक्षेपित हुईं। बीट पैटर्न वैसा नहीं निकला जैसा कि नकारात्मक अपवर्तन वाली किरणों के लिए होना चाहिए था, बल्कि वैसा निकला जैसा कि सकारात्मक अपवर्तन के साथ होना चाहिए था। समूह वेग के साथ धड़कनों के पैटर्न की तुलना करके, टेक्सास के शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि किसी भी शारीरिक रूप से व्यवहार्य तरंग को सकारात्मक अपवर्तन का अनुभव करना चाहिए। यद्यपि नकारात्मक अपवर्तनांक वाली सामग्री मौजूद हो सकती है, लेकिन नकारात्मक अपवर्तन प्राप्त नहीं किया जा सकता है।

फिर हम प्रयोगों के परिणामों की व्याख्या कैसे कर सकते हैं? यूसीएसडी? वलंजौ और कई अन्य शोधकर्ताओं ने देखे गए नकारात्मक अपवर्तन को अन्य घटनाओं के लिए जिम्मेदार ठहराया। शायद नमूने ने इतनी अधिक ऊर्जा अवशोषित कर ली कि तरंगें केवल प्रिज्म के संकीर्ण हिस्से से निकलीं, जो नकारात्मक अपवर्तन का अनुकरण करती हैं? आख़िरकार, मेटामटेरियल यूसीएसडीवास्तव में विकिरण को दृढ़ता से अवशोषित करता है, और माप प्रिज्म के पास किए गए थे। इसलिए, अवशोषण परिकल्पना काफी प्रशंसनीय लगती है।

निष्कर्ष बहुत चिंता का विषय थे: वे न केवल प्रयोगों को अमान्य कर सकते थे यूसीएसडी, लेकिन वेसेलागो द्वारा भविष्यवाणी की गई घटनाओं की पूरी श्रृंखला भी। हालाँकि, कुछ विचार के बाद, हमें एहसास हुआ कि हम समूह वेग के संकेतक के रूप में बीट पैटर्न पर भरोसा नहीं कर सकते हैं: अलग-अलग दिशाओं में चलने वाली दो तरंगों के लिए, हस्तक्षेप पैटर्न का समूह वेग से कोई लेना-देना नहीं है।

जैसे-जैसे आलोचकों के तर्क कमजोर पड़ने लगे, नकारात्मक अपवर्तन के लिए और अधिक प्रयोगात्मक सबूत सामने आए। मिनस टैनिलियन समूह ( मिनस तानिएलियन) कंपनी से बोइंग फैंटम वर्क्ससिएटल में प्रयोग दोहराया गया यूसीएसडीबहुत कम अवशोषण वाले मेटामटेरियल से बने प्रिज्म के साथ। इसके अलावा, सेंसर प्रिज्म से बहुत दूर स्थित था ताकि मेटामटेरियल में अवशोषण को बीम के नकारात्मक अपवर्तन के साथ भ्रमित न किया जा सके। नए डेटा की बेहतर गुणवत्ता नकारात्मक अपवर्तन के अस्तित्व के बारे में संदेह को समाप्त कर देती है।

करने के लिए जारी

जैसे-जैसे लड़ाई का धुआं साफ हुआ, हमें यह एहसास होने लगा कि वेसेलागो ने जो उल्लेखनीय कहानी बताई वह नकारात्मक-सूचकांक सामग्री पर अंतिम शब्द नहीं थी। सोवियत वैज्ञानिक ने विभिन्न सामग्रियों की सीमाओं पर प्रतिबिंब और अपवर्तन को ध्यान में रखते हुए, ज्यामितीय रूप से प्रकाश किरणों का निर्माण करने की विधि का उपयोग किया। यह शक्तिशाली तकनीक हमें यह समझने में मदद करती है, उदाहरण के लिए, स्विमिंग पूल में वस्तुएं वास्तव में जितनी सतह पर हैं उससे अधिक करीब क्यों दिखाई देती हैं, और तरल में आधी डूबी हुई पेंसिल मुड़ी हुई क्यों दिखाई देती है। बात यह है कि पानी का अपवर्तनांक ( एन= 1.3) हवा से अधिक है, और प्रकाश किरणें हवा और पानी के बीच की सीमा पर अपवर्तित होती हैं। अपवर्तक सूचकांक वास्तविक गहराई और स्पष्ट गहराई के अनुपात के लगभग बराबर है।

वेसेलागो ने किरण अनुरेखण का उपयोग यह अनुमान लगाने के लिए किया कि किरण एक नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक वाली सामग्री से बनी थी एन= −1 को अद्वितीय गुणों वाले लेंस के रूप में कार्य करना चाहिए। हममें से अधिकांश लोग सकारात्मक अपवर्तक सामग्री से बने लेंस से परिचित हैं - कैमरे, मैग्नीफायर, माइक्रोस्कोप और दूरबीनों में। उनकी एक फोकल लंबाई होती है, और जहां छवि बनती है वह फोकल लंबाई और वस्तु और लेंस के बीच की दूरी के संयोजन पर निर्भर करती है। छवियाँ आमतौर पर वस्तु से आकार में भिन्न होती हैं, और लेंस उन वस्तुओं के लिए सबसे अच्छा काम करते हैं जो लेंस के माध्यम से एक अक्ष पर स्थित होती हैं। वेसेलागो लेंस पारंपरिक लेंस से पूरी तरह से अलग तरीके से काम करता है: इसका संचालन बहुत सरल है, यह केवल इसके बगल में स्थित वस्तुओं को प्रभावित करता है, और पूरे ऑप्टिकल क्षेत्र को लेंस के एक तरफ से दूसरी तरफ स्थानांतरित करता है।

वेसेलागो का लेंस इतना असामान्य है कि जॉन पेंड्री ( जॉन बी. पेंड्री) मुझे आश्चर्य हुआ: यह कितनी अच्छी तरह काम कर सकता है? और विशेष रूप से, वेसेलागो लेंस का अधिकतम रिज़ॉल्यूशन क्या हो सकता है? सकारात्मक अपवर्तक सूचकांक वाले ऑप्टिकल तत्व विवर्तन सीमा द्वारा सीमित होते हैं - वे उन विशेषताओं को हल कर सकते हैं जो वस्तु से परावर्तित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के बराबर या उससे बड़ी हैं। विवर्तन सभी इमेजिंग प्रणालियों पर एक अंतिम सीमा लगाता है, जैसे कि सबसे छोटी वस्तु जिसे माइक्रोस्कोप से देखा जा सकता है, या दो तारों के बीच की सबसे छोटी दूरी जिसे एक टेलीस्कोप हल कर सकता है। विवर्तन माइक्रोचिप्स (चिप्स) के उत्पादन में ऑप्टिकल लिथोग्राफी प्रक्रिया में बनाए जा सकने वाले सबसे छोटे विवरण को भी निर्धारित करता है। इसी तरह, विवर्तन उस जानकारी की मात्रा को सीमित करता है जिसे ऑप्टिकल डिजिटल वीडियो डिस्क (डीवीडी) पर संग्रहीत या पढ़ा जा सकता है। विवर्तन सीमा को बायपास करने का एक तरीका प्रौद्योगिकी में क्रांति ला सकता है, जिससे ऑप्टिकल लिथोग्राफी नैनोस्केल रेंज में प्रवेश कर सकती है और संभवतः ऑप्टिकल डिस्क पर संग्रहीत डेटा की मात्रा सैकड़ों गुना बढ़ सकती है।

यह निर्धारित करने के लिए कि क्या नकारात्मक अपवर्तक प्रकाशिकी वास्तव में पारंपरिक ("सकारात्मक") प्रकाशिकी से बेहतर प्रदर्शन कर सकती है, हमें केवल किरणों के पथ को देखने से कहीं आगे जाने की आवश्यकता है। पहला दृष्टिकोण विवर्तन की उपेक्षा करता है और इस प्रकार नकारात्मक अपवर्तक लेंस के रिज़ॉल्यूशन की भविष्यवाणी करने के लिए इसका उपयोग नहीं किया जा सकता है। विवर्तन को शामिल करने के लिए, हमें विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के अधिक सटीक विवरण का उपयोग करना होगा।

सुपरलेंस

इसे अधिक सटीक रूप से वर्णित करने के लिए, किसी भी स्रोत से विद्युत चुम्बकीय तरंगें - परमाणुओं, रेडियो एंटेना, या प्रकाश की किरण उत्सर्जित करती हैं - एक छोटे छेद से गुजरने के बाद दो अलग-अलग प्रकार के क्षेत्र बनाती हैं: दूर का क्षेत्र और निकट का क्षेत्र। जैसा कि इसके नाम से पता चलता है, दूर का क्षेत्र किसी वस्तु से दूर देखा जाता है और एक लेंस द्वारा कैप्चर किया जाता है, जिससे वस्तु की एक छवि बनती है। दुर्भाग्य से, इस छवि में वस्तु का केवल एक मोटा चित्र है, जिसमें विवर्तन रिज़ॉल्यूशन को तरंग दैर्ध्य तक सीमित करता है। निकट क्षेत्र में किसी वस्तु के सभी बारीक विवरण होते हैं, लेकिन दूरी के साथ इसकी तीव्रता तेजी से कम हो जाती है। सकारात्मक अपवर्तक लेंस बेहद कमजोर निकट क्षेत्र को रोकने और उसके डेटा को छवि में प्रसारित करने का कोई मौका नहीं देते हैं। हालाँकि, यह नकारात्मक अपवर्तक लेंस के लिए सच नहीं है।

विस्तार से अध्ययन करने के बाद कि स्रोत के निकट और दूर के क्षेत्र वेसेलागो लेंस के साथ कैसे संपर्क करते हैं, 2000 में पेंड्री ने सभी को आश्चर्यचकित करते हुए निष्कर्ष निकाला कि लेंस, सिद्धांत रूप में, निकट और दूर दोनों क्षेत्रों पर ध्यान केंद्रित कर सकता है। यदि यह आश्चर्यजनक भविष्यवाणी सच होती, तो इसका मतलब यह होता कि वेसेलागो लेंस, अन्य सभी ज्ञात प्रकाशिकी के विपरीत, विवर्तन सीमा के अधीन नहीं है। इसलिए, नकारात्मक अपवर्तन वाली एक सपाट संरचना को सुपरलेंस कहा जाता था।

बाद के विश्लेषण में, हमने और अन्य लोगों ने पाया कि सुपरलेंस का रिज़ॉल्यूशन इसकी नकारात्मक अपवर्तक सामग्री की गुणवत्ता से सीमित है। सर्वोत्तम प्रदर्शन के लिए न केवल अपवर्तनांक आवश्यक है एन-1 के बराबर था, लेकिन यह भी कि ε और μ दोनों -1 के बराबर थे। जिस लेंस के लिए ये शर्तें पूरी नहीं होतीं, उसका रिज़ॉल्यूशन तेजी से कम हो जाता है। इन शर्तों का एक साथ पूरा होना बहुत गंभीर आवश्यकता है। लेकिन 2004 में एंथोनी ग्रबिक ( एंथोनी ग्रबिक) और जॉर्ज एलेफ्थेरिएड्स ( जॉर्ज वी. एलिफथेरिएड्स) टोरंटो विश्वविद्यालय ने प्रयोगात्मक रूप से दिखाया है कि रेडियो फ्रीक्वेंसी रेंज में ε =−1, और μ =−1 के लिए निर्मित मेटामटेरियल वास्तव में विवर्तन सीमा से छोटे पैमाने पर वस्तुओं को हल कर सकता है। उनके परिणाम ने साबित कर दिया कि एक सुपरलेंस बनाया जा सकता है, लेकिन क्या इसे छोटी ऑप्टिकल तरंग दैर्ध्य के लिए भी बनाया जा सकता है?

मेटामटेरियल्स को ऑप्टिकल तरंग दैर्ध्य में स्केल करने की कठिनाई के दो पहलू हैं। सबसे पहले, धात्विक प्रवाहकीय तत्व जो मेटामटेरियल चिप्स बनाते हैं, जैसे कंडक्टर और स्प्लिट रिंग, को नैनोमीटर पैमाने पर स्केल करने की आवश्यकता होती है ताकि वे दृश्य प्रकाश की तरंग दैर्ध्य (400-700 एनएम) से छोटे हों। दूसरे, छोटी तरंग दैर्ध्य उच्च आवृत्तियों के अनुरूप होती हैं, और ऐसी आवृत्तियों पर धातुओं में खराब चालकता होती है, इस प्रकार उन अनुनादों को दबा दिया जाता है जिन पर मेटामटेरियल्स के गुण आधारित होते हैं। 2005 में कोस्टास सौकोलिस ( कोस्टास सौकोलिस) आयोवा विश्वविद्यालय और मार्टिन वेगेनर से ( मार्टिन वेगेनर) जर्मनी में कार्लज़ूए विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों ने प्रयोगात्मक रूप से प्रदर्शित किया है कि स्लिट रिंग बनाना संभव है जो 1.5 माइक्रोन जितनी कम तरंग दैर्ध्य पर काम करते हैं। इस तथ्य के बावजूद कि इतनी कम तरंग दैर्ध्य पर क्षेत्र के चुंबकीय घटक पर प्रतिध्वनि बहुत कमजोर हो जाती है, फिर भी ऐसे तत्वों के साथ दिलचस्प मेटामटेरियल्स का निर्माण किया जा सकता है।

लेकिन हम अभी तक ऐसी सामग्री नहीं बना सकते हैं, जिसका परिणाम दृश्य प्रकाश तरंग दैर्ध्य पर μ =−1 हो। सौभाग्य से, समझौता संभव है. जब वस्तु और छवि के बीच की दूरी तरंग दैर्ध्य से बहुत छोटी होती है, तो केवल शर्त ε =−1 को संतुष्ट करने की आवश्यकता होती है, और μ के मान को उपेक्षित किया जा सकता है। अभी पिछले वर्ष रिचर्ड ब्लेकी का बैंड ( रिचर्ड ब्लैकी) न्यूजीलैंड में कैंटरबरी विश्वविद्यालय और जियांग जांग के समूह से ( जियांग झांग) कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले से, इन दिशानिर्देशों का पालन करते हुए, स्वतंत्र रूप से एक ऑप्टिकल सिस्टम में सुपररिज़ॉल्यूशन का प्रदर्शन किया। ऑप्टिकल तरंग दैर्ध्य पर, धातु की आंतरिक अनुनादों के परिणामस्वरूप नकारात्मक ढांकता हुआ स्थिरांक (ε) हो सकता है। इसलिए, तरंग दैर्ध्य पर धातु की एक बहुत पतली परत जहां ε = −1 एक सुपरलेंस के रूप में कार्य कर सकती है। ब्लेकी और जंग दोनों ने प्रकाश की तरंग दैर्ध्य से छोटे आकार के छिद्रों द्वारा उत्सर्जित 365 एनएम प्रकाश की किरणों की छवि के लिए लगभग 40 एनएम मोटी चांदी की एक परत का उपयोग किया। हालाँकि सिल्वर फिल्म एक आदर्श लेंस से बहुत दूर थी, सिल्वर सुपरलेंस ने छवि रिज़ॉल्यूशन में काफी सुधार किया, जिससे सुपरलेंस का मूल सिद्धांत सही साबित हुआ।

भविष्य पर एक नजर

सुपरलेंस प्रदर्शन आने वाली नकारात्मक अपवर्तक सामग्रियों के गुणों के बारे में कई भविष्यवाणियों में से नवीनतम है, जो इस विस्तारित क्षेत्र में तेजी से हो रही प्रगति का संकेत है। नकारात्मक अपवर्तन की संभावना ने भौतिकविदों को विद्युत चुंबकत्व के लगभग पूरे क्षेत्र पर पुनर्विचार करने के लिए मजबूर किया। और जब विचारों की यह श्रृंखला पूरी तरह से समझ में आ जाती है, तो नकारात्मक अपवर्तक सामग्रियों से जुड़े नए अप्रत्याशित मोड़ों को ध्यान में रखने के लिए अपवर्तन और रिज़ॉल्यूशन की विवर्तन सीमा जैसी बुनियादी ऑप्टिकल घटनाओं पर पुनर्विचार करना होगा।

मेटामटेरियल्स के जादू और नकारात्मक अपवर्तन के जादू को अभी भी लागू प्रौद्योगिकी में "परिवर्तित" करने की आवश्यकता है। इस तरह के कदम के लिए मेटामटेरियल्स के डिज़ाइन में सुधार और उचित लागत पर उनका उत्पादन करने की आवश्यकता होगी। अब इस क्षेत्र में कई शोध समूह हैं, जो समस्या को हल करने के तरीके तेजी से विकसित कर रहे हैं।

विक्टर वेसेलागो का सिद्धांत और व्यवहार

भौतिक और गणितीय विज्ञान के डॉक्टर, IOFAN कर्मचारी और मॉस्को इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिक्स एंड टेक्नोलॉजी में प्रोफेसर विक्टर जॉर्जीविच वेसेलागो के भाग्य ने उनके साथ एक दिलचस्प मजाक किया। अपना पूरा जीवन अभ्यास और प्रयोग के लिए समर्पित करने के बाद, उन्हें इलेक्ट्रोडायनामिक्स की सबसे दिलचस्प घटनाओं में से एक की सैद्धांतिक भविष्यवाणी के लिए अंतरराष्ट्रीय मान्यता मिली।

घातक दुर्घटना

विक्टर जॉर्जिएविच वेसेलागो का जन्म 13 जून, 1929 को यूक्रेन में हुआ था और उनके अनुसार, एक निश्चित बिंदु तक उन्हें भौतिकी में कोई दिलचस्पी नहीं थी। और फिर उन घातक दुर्घटनाओं में से एक घटी जिसने न केवल किसी व्यक्ति के जीवन की दिशा बदल दी, बल्कि अंततः, विज्ञान के विकास की दिशा भी बदल दी। सातवीं कक्षा में, लड़का बीमार पड़ गया और समय बिताने के लिए सभी किताबें एक साथ पढ़ने लगा। उनमें से एक था "रेडियो क्या है?" किना, जिसे पढ़ने के बाद स्कूली छात्र को रेडियो इंजीनियरिंग में गंभीरता से रुचि हो गई। दसवीं कक्षा के अंत में, जब विश्वविद्यालय चुनने का सवाल उठा, तो मेरे एक मित्र ने उल्लेख किया कि मॉस्को विश्वविद्यालय में एक नया भौतिकी और प्रौद्योगिकी विभाग खुल रहा है, जहाँ, अन्य विशिष्टताओं के अलावा, रेडियोफिजिक्स भी है।

मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी के तकनीकी संकाय के आवेदकों को नौ परीक्षाओं की "मैराथन" सहनी पड़ी। उनमें से सबसे पहले - लिखित गणित - वेसेलागो को "दो" प्राप्त हुए... आज वह इस "शर्मिंदगी" को इस तथ्य से समझाते हैं कि वह बस भ्रमित थे, खुद को एक विशाल दर्शक वर्ग में पाकर, जहां उन्हें सचमुच एक कण की तरह महसूस हुआ रेत। अगले दिन, जब वह अपने दस्तावेज़ लेने आए, तो डिप्टी डीन बोरिस ओसिपोविच सोलोनाउट्स (जिन्हें उनकी पीठ के पीछे बस बीओएस कहा जाता था) ने उन्हें अगली परीक्षा में आने की सलाह दी। चूँकि खोने के लिए कुछ नहीं था, इसलिए युवक ने वही किया। मैंने अन्य सभी आठ परीक्षाएं सीधे ए के साथ उत्तीर्ण कीं और मुझे स्वीकार कर लिया गया। बाद में, कई वर्षों के बाद, यह पता चला कि ऐसे "हारे हुए" बहुत सारे थे, और डीन के कार्यालय ने पहली परीक्षा के परिणामों के आधार पर आवेदकों की स्क्रीनिंग नहीं करने का निर्णय लिया।

फिर चार साल की पढ़ाई हुई, जिसे विक्टर जॉर्जिएविच अब अपने जीवन का सबसे सुखद समय कहते हैं। छात्रों को प्योत्र लियोनिदोविच कपित्सा, लेव डेविडोविच लैंडौ जैसे दिग्गजों द्वारा व्याख्यान दिए गए... विक्टर वेसेलागो ने अपनी ग्रीष्मकालीन इंटर्नशिप क्रीमिया के एक रेडियो खगोल विज्ञान स्टेशन में बिताई, जहां उनकी मुलाकात इसके निदेशक, एफआईएएन कर्मचारी प्रोफेसर शिमोन इमैनुइलोविच खैकिन से हुई। यह पता चला कि यह वह था जिसने छद्म नाम कीन पर हस्ताक्षर करते हुए "रेडियो क्या है?" पुस्तक लिखी थी।

1951 में, मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी के भौतिकी और प्रौद्योगिकी संकाय को बंद कर दिया गया - यह मॉस्को इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिक्स एंड टेक्नोलॉजी में "बढ़ गया", और पूर्व भौतिकी और प्रौद्योगिकी संकाय के छात्रों को अन्य संकायों में वितरित किया गया। विक्टर जॉर्जिएविच ने मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी के भौतिकी संकाय में दाखिला लिया और औपचारिक रूप से वहां से स्नातक की उपाधि प्राप्त की, लेकिन खुद को भौतिकी और प्रौद्योगिकी संस्थान से स्नातक मानते हैं। वेसेलागो ने भौतिकी संस्थान में अलेक्जेंडर मिखाइलोविच प्रोखोरोव के साथ अपनी थीसिस का बचाव किया। पी.एन. लेबेदेव, जहां बाद में उनके नेतृत्व में काम करना जारी रखा। सबसे पहले - FIAN में, और 1982 से आज तक - सामान्य भौतिकी संस्थान में जो इससे अलग हुआ (IOFAN, जो अब A.M. प्रोखोरोव के नाम पर है)।

"सोलेनॉइड" का निर्माण

सुपर-मजबूत चुंबकीय क्षेत्र प्राप्त करने के लिए, 1960 के दशक में, लेबेडेव फिजिकल इंस्टीट्यूट "सोलेनॉइड" नामक एक इंस्टॉलेशन का निर्माण कर रहा था। GIPRONII डिज़ाइन में शामिल था, लेकिन विक्टर जॉर्जिएविच ने परियोजना के मुख्य तत्वों को स्वयं विकसित किया। वह अब भी मानते हैं कि वैज्ञानिक उपलब्धियों के अलावा, उनकी सबसे महत्वपूर्ण उपलब्धियों में से एक रैंप थी, जिसने भारी उपकरणों वाली गाड़ियों को भूतल तक लाने की अनुमति दी थी। मजबूत चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने के लिए एक संस्थापन के निर्माण के लिए, वेसेलागो ने, लेबेडेव फिजिकल इंस्टीट्यूट और अन्य वैज्ञानिक संगठनों के कई कर्मचारियों के साथ मिलकर, 1974 में राज्य पुरस्कार प्राप्त किया।

बाएँ और दाएँ

1960 के दशक में, विक्टर जॉर्जीविच की रुचि उन सामग्रियों में हो गई जो अर्धचालक और लौहचुम्बक दोनों हैं। 1967 में, उसपेखी फ़िज़िचेस्किख नौक (यूएफएन) पत्रिका में, उन्होंने "ε और μ के एक साथ नकारात्मक मूल्यों वाले पदार्थों के इलेक्ट्रोडायनामिक्स" शीर्षक से एक लेख प्रकाशित किया था, जहां "नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक एन वाले पदार्थ" शब्द पहली बार पेश किया गया था और उनके संभावित गुणों का वर्णन किया गया।

जैसा कि वैज्ञानिक ने समझाया, अर्धचालक गुणों को मूल्य एप्सिलॉन (ε) - ढांकता हुआ स्थिरांक, और चुंबकीय गुणों को मूल्य म्यू (μ) - चुंबकीय पारगम्यता के माध्यम से वर्णित किया गया है। ये मात्राएँ आमतौर पर सकारात्मक होती हैं, हालाँकि ऐसे पदार्थ ज्ञात होते हैं जहाँ ε नकारात्मक है और μ सकारात्मक है, या इसके विपरीत। वेसेलागो ने सोचा: यदि दोनों मात्राएँ ऋणात्मक हों तो क्या होगा? गणितीय दृष्टिकोण से यह संभव है, लेकिन भौतिक दृष्टिकोण से? विक्टर जॉर्जीविच ने दिखाया कि ऐसी स्थिति प्रकृति के नियमों का खंडन नहीं करती है, लेकिन ऐसी सामग्रियों की इलेक्ट्रोडायनामिक्स उन लोगों से काफी भिन्न होती है और साथ ही शून्य से भी अधिक होती है। सबसे पहले, तथ्य यह है कि उनमें विद्युत चुम्बकीय कंपन के चरण और समूह वेग को अलग-अलग दिशाओं में (सामान्य वातावरण में - एक दिशा में) निर्देशित किया जाता है।

वेसेलागो ने विद्युत चुम्बकीय दोलनों के प्रसार की विशेषता वाले तीन वैक्टरों की सापेक्ष स्थिति के आधार पर नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक वाली सामग्रियों को "बाएं हाथ" और सकारात्मक अपवर्तक सूचकांक वाले पदार्थों को क्रमशः "दाएं हाथ" कहा। ऐसे दो मीडिया की सीमा पर अपवर्तन z अक्ष के संबंध में स्पेक्युलर रूप से होता है।

अपने विचारों को सैद्धांतिक रूप से प्रमाणित करने के बाद, विक्टर जॉर्जिएविच ने उन्हें व्यवहार में लागू करने की कोशिश की, विशेष रूप से, चुंबकीय अर्धचालकों में। हालाँकि, आवश्यक सामग्री प्राप्त करना संभव नहीं था। 2000 में ही संयुक्त राज्य अमेरिका में सैन डिएगो में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों के एक समूह ने एक मिश्रित माध्यम का उपयोग करके साबित किया कि नकारात्मक अपवर्तन संभव है। विक्टर वेसेलागो के शोध ने न केवल एक नई वैज्ञानिक दिशा की नींव रखी (देखें: डी. पैंड्री, डी. स्मिथ। इन सर्च ऑफ ए सुपरलेंस), बल्कि पदार्थों के इलेक्ट्रोडायनामिक्स का वर्णन करने वाले कुछ भौतिक सूत्रों को स्पष्ट करना भी संभव बनाया। तथ्य यह है कि पाठ्यपुस्तकों में दिए गए कई सूत्र केवल तथाकथित गैर-चुंबकीय सन्निकटन में लागू होते हैं, अर्थात, जब चुंबकीय पारगम्यता एकता के बराबर होती है, अर्थात् गैर-चुंबकीय सामग्री के विशेष मामले के लिए। लेकिन उन पदार्थों के लिए जिनकी चुंबकीय पारगम्यता एकता या नकारात्मक से भिन्न है, अन्य, अधिक सामान्य अभिव्यक्तियों की आवश्यकता होती है। वेसेलागो भी इस परिस्थिति को इंगित करने को अपने काम का एक महत्वपूर्ण परिणाम मानते हैं।

भविष्य में कदम रखें

भविष्यवाणी लेख के बाद, शोधकर्ता, हर 5-6 साल में विषय बदलने के सिद्धांत के प्रति सच्चे, नए क्षेत्रों में रुचि रखने लगे: चुंबकीय तरल पदार्थ, फोटोमैग्नेटिज्म, सुपरकंडक्टिविटी।

सामान्य तौर पर, उनकी यादों के अनुसार, FIAN-IOFAN में अपने समय के दौरान वह एक "सोवियत वैज्ञानिक" के मानक मार्ग से गुज़रे - एक स्नातक छात्र से लेकर विज्ञान के डॉक्टर तक, मजबूत चुंबकीय क्षेत्र विभाग के प्रमुख, जो कि 1980 के दशक के अंत में 5-7 अलग-अलग दिशाओं में काम करने वाले लगभग 70 लोग शामिल थे। वास्तव में, विभाग एक संस्थान के भीतर एक छोटा संस्थान था, जिसने इस दौरान विज्ञान के 30 से अधिक उम्मीदवार तैयार किए।

अब विक्टर जॉर्जीविच IOFAN के मजबूत चुंबकीय क्षेत्र विभाग के चुंबकीय सामग्री प्रयोगशाला के प्रमुख हैं। ए. एम. प्रोखोरोवा। 2004 में "नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक के साथ मीडिया के इलेक्ट्रोडायनामिक्स के बुनियादी ढांचे" कार्यों की एक श्रृंखला के लिए उन्हें शिक्षाविद वी.ए. से सम्मानित किया गया था। फोका.

विक्टर जॉर्जिएविच 40 से अधिक वर्षों से मॉस्को इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिक्स एंड टेक्नोलॉजी में पढ़ा रहे हैं। अब वह एप्लाइड फिजिक्स विभाग, फिजिक्स और एनर्जी प्रॉब्लम्स संकाय में प्रोफेसर हैं, अपने द्वारा बनाए गए पाठ्यक्रम "फंडामेंटल ऑफ ऑसीलेशन फिजिक्स" पढ़ाते हैं और सामान्य भौतिकी विभाग में सेमिनार और प्रयोगशाला कक्षाएं भी संचालित करते हैं।

वी. जी. वेसेलागो एक दुर्लभ प्रकार के वैज्ञानिक हैं, जिनकी व्यापक वैज्ञानिक रुचियाँ हैं। वह एक उत्कृष्ट सिद्धांतकार हैं और साथ ही एक प्रयोगात्मक भौतिक विज्ञानी, इंजीनियर, मजबूत चुंबकीय क्षेत्र वाले प्रतिष्ठानों के डिजाइनर हैं। वह एक प्रोफेसर के रूप में भी प्रतिभाशाली हैं, उन्होंने एमआईपीटी में सामान्य भौतिकी के शिक्षण और कई छात्रों को सलाह देने में महान योगदान दिया है। वैज्ञानिक की ये विशेषताएं ही विक्टर जॉर्जीविच के व्यक्तित्व को इतना आकर्षक बनाती हैं।

वर्ल्ड वाइड वेब पर आक्रमण

पिछले 15 वर्षों में, भौतिक विज्ञानी ने फिर से अपनी रुचियों की सीमा को बदल दिया है, या विस्तार किया है, दो नेटवर्क परियोजनाओं के आरंभकर्ता बन गए हैं।

1993 में, इन्फोमैग सेवा का आयोजन किया गया, जो वैज्ञानिकों के बीच वैज्ञानिक और तकनीकी पत्रिकाओं और विदेशी वैज्ञानिक इलेक्ट्रॉनिक बुलेटिनों की सामग्री की तालिकाएँ वितरित करती थी। यह सब इस तथ्य से शुरू हुआ कि IOFAN इंटरनेट से जुड़ने वाले पहले लोगों में से एक था। अपना पहला ईमेल पता प्राप्त करने के बाद, वेसेलागो को भौतिकी टेलीकांफ्रेंस में रुचि हो गई और समाचार पत्र प्राप्त करना शुरू कर दिया भौतिकी समाचार अद्यतनजिसे उन्होंने अपने साथियों को भेज दिया। फिर उन्होंने सामग्री और अन्य वैज्ञानिक पत्रिकाओं के वितरण का आयोजन किया। इन्फोमैग सेवा को जानकारी प्रदान करने वाले पहले प्रकाशन थे जर्नल ऑफ एक्सपेरिमेंटल एंड थियोरेटिकल फिजिक्स (जेईटीपी), लेटर्स टू जेईटीपी, और इंस्ट्रूमेंट्स एंड एक्सपेरिमेंटल टेक्निक्स। अब सूची में 150 से अधिक आइटम शामिल हैं।

इन्फोमैग की सफलता ने वेसेलागो के दूसरे "दिमाग की उपज" के निर्माण में योगदान दिया - रूस की पहली बहु-विषय इलेक्ट्रॉनिक वैज्ञानिक पत्रिका "रिसर्च्ड इन रशिया", जिसने 1998 में अपना अस्तित्व शुरू किया। यह केवल इलेक्ट्रॉनिक रूप में प्रकाशित होता है, और यह प्राकृतिक विज्ञान और मानविकी दोनों क्षेत्रों से प्रति वर्ष लगभग 250 लेख प्रकाशित करता है।

विक्टर जॉर्जिएविच के अनुसार, रूस में इलेक्ट्रॉनिक वैज्ञानिक प्रकाशनों की आवश्यकता न केवल स्वतंत्र इकाइयों के रूप में, बल्कि मुद्रित प्रकाशनों के ऑनलाइन संस्करणों के ढांचे के भीतर भी बहुत बड़ी है। रूस में कई सौ अकादमिक वैज्ञानिक और तकनीकी पत्रिकाएँ प्रकाशित होती हैं, लेकिन उनमें से अधिकांश इलेक्ट्रॉनिक रूप में उपलब्ध नहीं हैं, और इसलिए घरेलू विशेषज्ञों के पास अपने सहयोगियों के काम के परिणामों तक त्वरित पहुंच नहीं है, जो फलदायी में हस्तक्षेप करती है और वैज्ञानिकों के बीच त्वरित संवाद.

विक्टर जॉर्जिएविच वेसेलागो

लगभग 40 साल पहले, सोवियत वैज्ञानिक विक्टर वेसेलागो ने नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक वाली सामग्रियों के अस्तित्व की परिकल्पना की थी:

मेटामटेरियल्स मिश्रित सामग्रियां हैं जिनके गुण उनके घटकों के व्यक्तिगत भौतिक गुणों से नहीं बल्कि उनकी सूक्ष्म संरचना से निर्धारित होते हैं। शब्द "मेटामैटेरियल्स" का प्रयोग विशेष रूप से अक्सर उन कंपोजिट के संबंध में किया जाता है जो ऐसे गुण प्रदर्शित करते हैं जो प्रकृति में पाई जाने वाली वस्तुओं की विशेषता नहीं हैं। .

तरंग समीकरण

एक सजातीय तटस्थ गैर-संचालन माध्यम के लिए मैक्सवेल के समीकरणों से यह निष्कर्ष निकलता है कि विद्युत चुम्बकीय तरंगें चरण वेग के साथ विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों में फैल सकती हैं

निर्वात में यह गति प्रकाश की गति के बराबर होती है

तो प्रसार का चरण वेग उम। किसी पदार्थ में तरंगें माध्यम के चुंबकीय और ढांकता हुआ स्थिरांक से निर्धारित होती हैं।

निर्वात में प्रकाश की गति का अनुपात|do| माध्यम में प्रकाश की गति - एनमाध्यम का निरपेक्ष अपवर्तनांक कहलाता है

विक्टर वेसेलागो ने निम्नलिखित परिकल्पना प्रस्तुत की:

“यदि हम नुकसान को ध्यान में नहीं रखते हैं और n, ε और μ को वास्तविक संख्या मानते हैं, तो यह स्पष्ट है कि ε और μ के संकेतों का एक साथ परिवर्तन किसी भी तरह से अनुपात को प्रभावित नहीं करता है। इस स्थिति को विभिन्न तरीकों से समझाया जा सकता है। सबसे पहले, हम यह स्वीकार कर सकते हैं कि पदार्थों के गुण वास्तव में ε और μ के संकेतों के एक साथ परिवर्तन पर निर्भर नहीं करते हैं। दूसरे, यह पता चल सकता है कि ε और μ की एक साथ नकारात्मकता प्रकृति के किसी भी बुनियादी नियम का खंडन करती है, और इसलिए ε वाले पदार्थ< 0 и μ < 0 не могут существовать. Наконец, следует признать, что вещества с отрицательными ε и μ обладают какими-то свойствами, отличными от свойств веществ с положительными ε и μ. Как мы увидим в дальнейшем, осуществляется именно этот третий случай.»

"दाएँ" और "बाएँ" आइसोट्रोपिक मीडिया

मान लीजिए कि एक समतल विद्युत चुम्बकीय तरंग x अक्ष की दिशा में एक सजातीय तटस्थ गैर-संवाहक माध्यम में फैलती है, जिसका तरंग अग्रभाग प्रसार की दिशा के लंबवत है।

वेक्टर और तरंग प्रसार की दिशा के साथ एक दाएं हाथ की प्रणाली बनाते हैं; अंतरिक्ष में एक निश्चित बिंदु पर, वे एक चरण में एक हार्मोनिक कानून के अनुसार समय के साथ बदलते हैं।

ऐसे वातावरण को तदनुसार "दक्षिणपंथी" कहा जाता है।

जिन वातावरणों में ε और μ दोनों नकारात्मक होते हैं उन्हें "बाएँ हाथ" कहा जाता है।

ऐसे मीडिया में, विद्युत, चुंबकीय और तरंग वेक्टर बाएं हाथ के वैक्टर की एक प्रणाली बनाते हैं।

वास्तव में, यदि आप अपने हाथ से पेंडुलम को धक्का देते हैं, तो यह आज्ञाकारी रूप से धक्का की दिशा में आगे बढ़ेगा और तथाकथित गुंजयमान आवृत्ति के साथ दोलन करना शुरू कर देगा। झूले के साथ समय पर पेंडुलम को धक्का देकर, आप दोलनों के आयाम को बढ़ा सकते हैं। यदि आप इसे उच्च आवृत्ति के साथ दबाते हैं, तो झटके चरण में दोलनों के साथ मेल नहीं खाएंगे, और किसी बिंदु पर हाथ उसकी ओर बढ़ते हुए पेंडुलम से टकराएगा। इसी प्रकार, नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक वाले पदार्थ में इलेक्ट्रॉन चरण से बाहर चले जाते हैं और विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के "धक्का" का विरोध करना शुरू कर देते हैं।

इस प्रकार, 1968 में, वेसेलागो ने दिखाया कि नकारात्मक ε और μ वाले पदार्थ का अपवर्तनांक n 0 से कम होना चाहिए।

प्रायोगिक पुष्टि.

किसी पदार्थ में इलेक्ट्रॉन विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में और चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में एक वृत्त में आगे-पीछे चलते हैं। अंतःक्रिया की डिग्री पदार्थ की दो विशेषताओं द्वारा निर्धारित की जाती है: ढांकता हुआ स्थिरांक ε और चुंबकीय पारगम्यता μ। पहला विद्युत क्षेत्र में इलेक्ट्रॉनों की प्रतिक्रिया की डिग्री दिखाता है, दूसरा - चुंबकीय क्षेत्र में प्रतिक्रिया की डिग्री दिखाता है। अधिकांश सामग्रियों में ε और μ शून्य से अधिक हैं।

नकारात्मक ε या μ तब होता है जब किसी सामग्री में इलेक्ट्रॉन विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र द्वारा निर्मित बलों के विपरीत दिशा में चलते हैं। हालाँकि यह व्यवहार विरोधाभासी लगता है, इलेक्ट्रॉनों को विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र की ताकतों के विरुद्ध गति कराना उतना मुश्किल नहीं है।

ऐसे पदार्थों की तलाश कहाँ और कैसे करें?

नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक वाली सामग्री बनाने की संभावना की पहली प्रायोगिक पुष्टि 2000 में सैन डिएगो में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय (यूसीएसडी) में प्राप्त की गई थी। क्योंकि मेटामटेरियल के मूलभूत निर्माण खंड तरंग दैर्ध्य से बहुत छोटे होने चाहिए, शोधकर्ताओं ने सेंटीमीटर-तरंग दैर्ध्य विकिरण के साथ काम किया और कुछ मिलीमीटर आकार के तत्वों का उपयोग किया।

इस प्रकार की नकारात्मक प्रतिक्रिया की कुंजी अनुनाद है, यानी एक विशिष्ट आवृत्ति पर कंपन करने की प्रवृत्ति। इसे छोटे गुंजयमान सर्किट का उपयोग करके मेटामटेरियल में कृत्रिम रूप से बनाया जाता है जो चुंबकीय या विद्युत क्षेत्र में किसी पदार्थ की प्रतिक्रिया का अनुकरण करता है। उदाहरण के लिए, एक टूटे हुए रिंग रेज़ोनेटर (आरआरआर) में, धातु की अंगूठी से गुजरने वाला एक चुंबकीय प्रवाह इसमें गोलाकार धाराओं को प्रेरित करता है, उन धाराओं के समान जो कुछ सामग्रियों के चुंबकत्व का कारण बनते हैं। और सीधी धातु की छड़ों की जाली में, विद्युत क्षेत्र उनके साथ निर्देशित धाराएँ बनाता है। ऐसे सर्किट में मुक्त इलेक्ट्रॉन कंडक्टर के आकार और आकार के आधार पर गुंजयमान आवृत्ति के साथ दोलन करते हैं। यदि गुंजयमान आवृत्ति से नीचे की आवृत्ति वाला क्षेत्र लागू किया जाता है, तो एक सामान्य सकारात्मक प्रतिक्रिया देखी जाएगी। हालाँकि, जैसे-जैसे आवृत्ति बढ़ती है, प्रतिक्रिया नकारात्मक हो जाती है, जैसे कि एक पेंडुलम के मामले में जो आपकी ओर बढ़ रहा है यदि आप इसे अनुनाद के ऊपर आवृत्ति के साथ धक्का देते हैं। इस प्रकार, एक निश्चित आवृत्ति रेंज में कंडक्टर नकारात्मक ε के साथ एक माध्यम के रूप में विद्युत क्षेत्र पर प्रतिक्रिया कर सकते हैं, और कट वाले छल्ले नकारात्मक μ के साथ एक सामग्री का अनुकरण कर सकते हैं। कट वाले ये कंडक्टर और रिंग मेटामटेरियल्स की एक विस्तृत श्रृंखला बनाने के लिए आवश्यक प्राथमिक ब्लॉक हैं, जिनमें वेसेलागो भी शामिल है जिन्हें वेसेलागो ढूंढ रहा था।

कैलिफ़ोर्निया के वैज्ञानिकों ने प्रत्यावर्ती कंडक्टरों और आरकेआर से युक्त एक मेटामटेरियल डिज़ाइन किया है, जिसे एक प्रिज्म के रूप में इकट्ठा किया गया है। कंडक्टरों ने नकारात्मक ε प्रदान किया, और कट वाले रिंगों ने नकारात्मक μ प्रदान किया। परिणाम एक नकारात्मक अपवर्तनांक होना चाहिए था। तुलना के लिए, टेफ्लॉन से बिल्कुल उसी आकार का एक प्रिज्म बनाया गया, जिसके लिए n = 1.4। शोधकर्ताओं ने प्रिज्म के किनारे पर माइक्रोवेव विकिरण की एक किरण निर्देशित की और विभिन्न कोणों पर इससे निकलने वाली तरंगों की तीव्रता को मापा। जैसा कि अपेक्षित था, किरण को टेफ्लॉन प्रिज्म द्वारा सकारात्मक रूप से अपवर्तित किया गया था और मेटामेट्री प्रिज्म द्वारा नकारात्मक रूप से अपवर्तित किया गया था।

नतीजे।

विभिन्न पहलुओं वाले दो मीडिया के बीच इंटरफेस पर अपवर्तन।

सुपरलेंस।

n के साथ एक सरल समतल-समानांतर मेटामेट्री प्लेट<0 может фокусировать лучи от источника на малом расстоянии от неё см. рисунок ниже.

एन के साथ मेटामटेरियल से बनी समतल-समानांतर प्लेट<0

सही वातावरण में, लेंस का छवि स्थान स्वयं वस्तु के समान नहीं होता है क्योंकि यह अपवर्तित तरंगों के बिना बनता है। बाएं माध्यम में, अपवर्तक तरंगें क्षीण नहीं होती हैं; इसके विपरीत, जैसे-जैसे तरंग वस्तु से दूर जाती है, उनका आयाम बढ़ता जाता है, इसलिए छवि का निर्माण अपवर्तक तरंगों की भागीदारी से होता है, जिससे रिज़ॉल्यूशन वाली छवियां प्राप्त करना संभव हो सकता है विवर्तन सीमा से बेहतर. ऐसे ऑप्टिकल सिस्टम बनाते समय विवर्तन सीमा को पार करना संभव है, उनका उपयोग माइक्रोस्कोप के रिज़ॉल्यूशन को बढ़ाने, नैनोस्केल माइक्रोक्रिस्केट बनाने और ऑप्टिकल स्टोरेज मीडिया पर रिकॉर्डिंग घनत्व को बढ़ाने के लिए किया जाता है।

नकारात्मक दबाव

n वाले माध्यम में प्रसारित किरण का परावर्तन< 0, от идеально отражающей поверхности. Луч света при отражении от тела увеличивает свой импульс на величину , (N-число падающих фотонов). Световой давление, оказываемое светом на поглощающие правые среды, сменяется его притяжением в левой среде.

समाचार

2007 की शुरुआत में, दृश्य क्षेत्र में नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक के साथ एक मेटामटेरियल के निर्माण की घोषणा की गई थी। सामग्री में −0.6 के बराबर 780 एनएम की तरंग दैर्ध्य पर अपवर्तक सूचकांक था

2011 में, लेख प्रकाशित हुए थे जो दर्शाते हैं कि संयुक्त राज्य अमेरिका में एक ऐसी तकनीक का परीक्षण किया गया था जो मेटामटेरियल्स की बड़ी शीटों को सामूहिक रूप से उत्पादित करने की अनुमति देती है।

मुद्रण द्वारा मेटामटेरियल्स

निष्कर्ष

अद्वितीय गुणों वाले नए मेटामटेरियल्स का अध्ययन और निर्माण निकट भविष्य में मानवता को विज्ञान और प्रौद्योगिकी के कई क्षेत्रों में महत्वपूर्ण रूप से आगे बढ़ने की अनुमति देगा। इसमें सुपरलेंस के कारण खगोलीय अनुसंधान शामिल है जो रिज़ॉल्यूशन की विवर्तन सीमा को पार कर जाता है; वैकल्पिक ऊर्जा स्रोत - 20% से अधिक दक्षता वाले नए सौर पैनल दिखाई देंगे; सामग्री - अदृश्य, आदि। अनुसंधान में दिशाओं की संख्या बहुत बड़ी है और सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि वे सफल हैं।