متامتریال

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» نیزبشود.

این مواد از ترکیب میله‌های ریز و مجموعه‌ای از حلقه‌های فلزی و مانند آنان ساخته شده‌است 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 مایکروویواست که می‌توان به کاربرد در موجبرها، جبران پاشندگی، آنتن‌های هوشمند، لنزها و نمونه‌های فراوان دیگر استفاده کرد.

تعریف فرامواد چیست؟

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:

1.آنها معمولاً از مواد طبیعی درست شده اند و هیچ ماده خاصی نیستند. پس می‌توان از ترکیب دو ماده با خواص A,B به موادی با خواص C,D,E,F رسید.

2.معمولاً در فرکانس‌های ماکروویو می‌توان از ساختاری تشکیل شده از دای الکتریک + فلز کمک گرفت.(در ادامه ی بحث بیشتر بررسی خواهد شد)

3.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.

انواع فرا مواد

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>0 ، µ یا ε <0 (نه هر دو آنها) و µ و ε <0 باشند که مواد هر دو مثبت مواد طبیعی هستند(دست–راستی)، مواد یک منفی می‌توانند دست-چپی باشند که به صورت مصنوعی ساخته شده اند و در نهایت مواد هر دو منفی که مواد دست-چپی هستند که دارای ضریب بازتاب منفی هستند (n<0).

مواد دست-چپی

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.