Metamateryal, doğadaki malzemelerde bulunmayan özelliklere sahip olacak şekilde tasarlanan yapay malzemelerdir. Metamateryaller genellikle plastik metal gibi doğal malzemelerle oluşturulan mikroskobik boyutlardaki yapıların tekrarlanan kalıplar olarak birleştirilmesi yoluyla elde edilir. Metamateryaller bu özellikleri titizce tasarlanan bu yapılar sayesinde kazanır. Geometrisi, büyüklüğü, düzeni ışık ve sesle doğada görülmeyen bir şekilde etkileşebilir.
Bunlar, metaller veya plastik gibi kompozit malzemelerden yapılmış çoklu elementlerin birleşiminden yapılırlar. Malzemeler, genellikle, etkilediği olgunun dalga boylarından daha küçük ölçeklerde tekrarlanan desenler halinde düzenlenir. Metamaterials, temel materyalin özelliklerinden değil, yeni tasarlanan yapılarından özelliklerini türetir. Onların kesin şekli, geometrisi, boyutu, yönlendirilmesi ve düzenlemesi, onlara elektromanyetik dalgaları manipüle edebilen akıllı özelliklerini verir: geleneksel materyallerle mümkün olanın ötesinde faydalar elde etmek için dalgaları bloke ederek, emerek, güçlendirerek veya bükerek.
Uygun şekilde tasarlanmış metamatikler, yığın halinde materyallerde gözlenmeyen bir şekilde elektromanyetik radyasyon veya ses dalgalarını etkileyebilir. Belli dalga boyları için negatif bir kırılma indeksi sergileyenler, önemli araştırma çekti. Bu malzemeler negatif indeks metamatikleri olarak bilinirler.
Metamatik malzemelerin potansiyel uygulamaları çeşitli ve optik filtreler, tıbbi cihazlar, uzaktan havacılık uygulamaları, algılayıcı algılama ve altyapı izleme, akıllı güneş enerjisi yönetimi, kalabalık kontrolü, radom’lar, yüksek frekanslı savaş alanı iletişimi ve yüksek kazançlı antenler için lensler, ultrasonik sensörlerin geliştirilmesini içerir. Ve hatta yapıları depremlerden korumak. Meta malzemeler, süper renkler yaratma potansiyelini sunar. Böyle bir objektif, geleneksel cam mercekler tarafından elde edilebilen asgari çözünürlük olan kırınım sınırının altındaki görüntülemeye izin verebilir. Degradasyon indeksi malzemelerini kullanarak bir tür “görünmezlik” gösterildi. Akustik ve sismik meta materyalleri de araştırma alanlarıdır.
Metamatik araştırma, disiplinlerarasıdır ve elektrik mühendisliği, elektromanyetik, klasik optik, katı hal fiziği, mikrodalga ve anten mühendisliği, optoelektronik, malzeme bilimi, nanoscience ve yarıiletken mühendisliği gibi alanları içerir.
Tarihi
19. yüzyılın sonunda, elektromanyetik dalgaları manipule etmek için suni malzemelerin keşfi başladı. Metamaterials olarak kabul edilebilecek en eski yapıların bazıları, 1898’de kiral özelliklere sahip maddeleri araştıran Jagadish Chandra Bose tarafından incelendi. Karl Ferdinand Lindman, yirminci yüzyılın başında yapay kiral medya olarak metalik sarmallarla dalga etkileşimi üzerine çalıştı.
Winston E. Kock, 1940’ların sonlarında metamalzemelerle benzer özelliklere sahip materyal geliştirdi. 1950’lerde ve 1960’larda yapay dielektrikler hafif mikrodalga antenler için incelendi. Mikrodalga radar soğurucuları, 1980 ve 1990 yıllarında yapay kiral medya uygulamaları olarak araştırılmıştır.
Negatif indeks malzemeleri ilk olarak 1967’de Victor Veselago tarafından teorik olarak tanımlandı. O, bu tür malzemelerin ışığı iletebildiğini kanıtladı. Faz hızının Poynting vektör yönüne ters paralel olabileceğini gösterdi. Bu, doğal olarak oluşan materyallerin dalga yayılımına aykırıdır.
Elektromanyetik Metamateryalleri
Elektromanyetik bir metametyal, dalga boyundan daha küçük yapısal özelliklerine çarpan veya etkileşen elektromanyetik dalgaları etkiler. Etkili bir kırılma indeksi ile doğru tanımlanan homojen bir malzeme olarak davranmak için, özellikleri dalga boyundan çok daha küçük olmalıdır.
Mikrodalga radyasyonu için özellikler milimetre kadardır. Mikrodalga frekansı metamaterials genellikle uygun endüktif ve kapasitif özelliklere sahip elektrik iletken elemanların (tel halkaları gibi) dizileri olarak yapılır. Bir mikrodalga metametetik bölme halkası rezonatörünü kullanır.