فراماده

متامتریال یا فراماده (Metamaterial) به ماده مرکبی گفته می‌شود که دارای خواص نامتعارف الکترومغناطیس در ساختار وجودی خود است. آنچه این مواد را غیرمعمول کرده‌است، خاصیت ضریب شکست منفی نور در آن‌ها است، به این معنا که این مواد نور را در جهت مخالف مواد عادی منکسر می‌کنند. مواد الکترومغناطیس تشکیل دهنده آن‌ها می‌تواند با دستکاری مختصر و دقیق ساختارشان «تنظیم» نیز بشود.

Negative index metamaterial array configuration, which was constructed of copper split-ring resonators and wires mounted on interlocking sheets of fiberglass circuit board. The total array consists of 3 by 20×20 unit cells with overall dimensions of ۱۰×۱۰۰×100 mm.

این مواد از ترکیب میله‌های ریز و مجموعه‌ای از حلقه‌های فلزی و مانند آنان ساخته شده ‌است که برای اولین بار توسط دیوید اسمیت (David Smith استاد دانشگاه کالیفرنیا) ساخته شد. خواص نامتعارف این مواد سبب شده‌است از آن‌ها در زمینه‌های مختلف استفاده شود از جمله آن‌ها در مهندسی مایکروویو است که می‌توان به کاربرد در موجبرها، جبران پاشندگی، آنتن‌های هوشمند، لنزها و نمونه‌های فراوان دیگر استفاده کرد.

فرامواد

تعریف فرامواد (فرامواد چیست؟)

A comparison of refraction in a left-handed metamaterial to that in a normal material

در ابتدا باید دانست که فرامواد چیست ولی می‌توان گفت که هیچ تعریف مشخصی برای آن وجود ندارد ولی در کل می‌توان آن را به این صورت تعریف کرد که، آن‌ها موادی هستند که دارای خواصی همانند مواد طبیعی یافت شده نیستند (معمولاً εوµ متفاوت از مواد طبیعی). در خصوص آن‌ها باید دانست که:

آنها معمولاً از مواد طبیعی درست شده‌اند و هیچ ماده خاصی نیستند. پس می‌توان از ترکیب دو ماده با خواص A,B به موادی با خواص C,D,E,F رسید.
معمولاً در فرکانس‌های ماکروویو می‌توان از ساختاری تشکیل شده از دای الکتریک + فلز کمک گرفت. (در ادامهٔ بحث بیشتر بررسی خواهد شد)

۳. در این مواد، قوانین فیزیک نقض نخواهد شد برای مثال قانون اسنل { [(n1*sin(A)⁡] = [n2*sin(B)] } همواره در این مواد برقرار است. قانون اسنل را معکوس می‌کند.

دسته‌بندی فرامواد

Different type of magnetic materials

به‌طور کلی می‌توان فرآمواد را به دو دسته مطابق شکل تقسیم کرد. همان‌طور که مشاهده می‌شود آن‌ها به دو دستهٔ کلی تشدید شونده و تشدید نشونده تقسیم می‌شوند که در نوع تشدید شونده که موضوع مورد بحث ما در ادامه است دیده می‌شود که دوره تناوب در حدود 10 برابر طول موج است ولی در قسمت تشدید نشونده‌ها می‌بینیم که این عدد بسیار کوچکتر از طول موج خواهد بود و از روی دیگر نیز هیچ تشدید (به این معنی نیست ولی تشدید در فرکانس‌های بسیار بالا رخ می‌دهد).

انواع فرامواد

Classification of Metamaterials

در این قسمت، به صورت خلاصه مطابق شکل زیر می‌توان آن‌ها را بر اساس µ و ε شان به سه دسته هر دو مثبت، یکی مثبت و هر دو منفی تقسیم کرد که در آن‌ها به ترتیب µ و ε>۰، µ یا ε <۰ (نه هر دو آنها) و µ و ε <۰ باشند که مواد هر دو مثبت مواد طبیعی هستند (دست–راستی)، مواد یک منفی می‌توانند دست-چپی باشند که به صورت مصنوعی ساخته شده‌اند و در نهایت مواد هر دو منفی که مواد دست-چپی هستند که دارای ضریب بازتاب منفی هستند (n<0).

مواد دست-چپی

What happens when: µ و ε <۰

در اینجا اگر هر دو µ و ε منفی باشند معادلات زیر را می‌توان به صورتی تغییر داد که H یا E منفی در نظر گرفته شود که به دلیل وابستگی این دو به بردار موج می‌توان در نظر گرفت که K منفی است و این بدین معنی است که دیگر قانون دست-راست در اینجا صادق نیست و K در جهت منفی قرار دارد یا به عبارت ساده‌تر قانون دست-چپ برای آن صادق خواهد بود.

. در شکل بالا سمت چپ (روبه روی "تعریف فرامواد")که به سادگی از قانون اسنل قابل اثبات است، به ترسیم و مقایسه یک پرتو در دو محیط طبیعی و فرآماده پرداخته که در محیط فرآماده به دلیل n<0 (با توجه به قانون اسنل { [(n1*sin(A)⁡] = [n1*sin(B)] } پرتو بدین صورت گشته.

منابع

↑ Shelby, R. A.; Smith D.R.; Shultz S.; Nemat-Nasser S.C. (2001). "Microwave transmission through a two-dimensional, isotropic, left-handed metamaterial" (PDF). Applied Physics Letters. 78 (4): 489. Bibcode:2001ApPhL..78..489S. doi:10.1063/1.1343489. Archived from the original (PDF) on 18 June 2010. Retrieved 14 June 2015.
↑ Smith, D. R.; Padilla, WJ; Vier, DC; Nemat-Nasser, SC; Schultz, S (2000). "Composite Medium with Simultaneously Negative Permeability and Permittivity" (PDF). Physical Review Letters. 84 (18): 4184–7. Bibcode:2000PhRvL..84.4184S. doi:10.1103/PhysRevLett.84.4184. PMID 10990641. Archived from the original (PDF) on 18 June 2010. Retrieved 14 June 2015.

پیوند به بیرون

پرونده‌های رسانه‌ای مربوط به Metamaterials در ویکی‌انبار

[APhys1-1] Shelby, R. A.; Smith D.R.; Shultz S.; Nemat-Nasser S.C. (2001). "Microwave transmission through a two-dimensional, isotropic, left-handed metamaterial" (PDF). Applied Physics Letters. 78 (4): 489. Bibcode:2001ApPhL..78..489S. doi:10.1063/1.1343489. Archived from the original (PDF) on 18 June 2010. Retrieved 14 June 2015.

[comp-2] Smith, D. R.; Padilla, WJ; Vier, DC; Nemat-Nasser, SC; Schultz, S (2000). "Composite Medium with Simultaneously Negative Permeability and Permittivity" (PDF). Physical Review Letters. 84 (18): 4184–7. Bibcode:2000PhRvL..84.4184S. doi:10.1103/PhysRevLett.84.4184. PMID 10990641. Archived from the original (PDF) on 18 June 2010. Retrieved 14 June 2015.