Благодаря особой композитной структур метаматериалы проявляют весьма необычные свойства, которые можно применять в средствах оптической невидимости, плоских объективах и других разнообразных устройствах, получая при этом самые неожиданные результаты.
Однако следует отметить, что определение состава и структуры метаматериала, который необходим для того, чтобы достигать предполагаемых свойств, не всегда является простой задачей.
Новое исследование, которое было проведено в университете Пенсильвании (Penn State) и анонсировано в декабрьском выпуске журнала Nature, должно помочь значительно упростить данную задачу. Это исследование показывает, как сконструировать метаматериал, имеющий искомую диэлектрическую проницаемость, из двух материалов (так называемых метаматериальных битов), один из которых имеет положительную соответствующую характеристику, а другой — отрицательную. При этом в итоге не обязательно получится та или иная промежуточная величина. Если сочетать в заданной изначально пространственной конфигурации определенные компоненты, характеризующиеся проницаемостью 2 и −4, то можно получить, к примеру, 30.
Аналогично двоичным вычислениям, «биты» образовывают «байты». В своей статье авторы рассматривают вариант «байта» как наноцилиндр с одним «битом», который обернут вокруг другого.
Ученые варьировали размеры оболочки и центра, а также меняли образующие их «биты» местами, что позволило им математически продемонстрировать возможность создания объемных метаматериалов с любой диэлектрической проницаемостью. Помимо этого, было доказано, что можно получить плоские линзы, волноводы и гиперлинзы путем комбинирования множества «битов».
По словам профессора электро- и системотехники Надера Энгета, при оцифровке амплитуда сигнала представляется как серия величин в каждый дискретный момент времени. Исследователи применили такой же процесс к материалам и определили в каждой точке значение проницаемости, которое необходимо для того, чтобы обеспечить требуемые функции.
Чтобы упростить работу, исследователи решили моделировать «биты» из стекла и серебра, но при этом они утверждают, что все выводы можно применить к любой паре материалов, характеризующихся положительной и отрицательной проницаемостью. Это позволит подбирать при конструировании оптимальные пары, учитывая другие (температурные, прочностные и т. д.) свойства.