Ю.В. Кольцов1

1 Нижегородский научно-исследовательский приборостроительный институт им. А.П. Горшкова (г. Нижний Новгород, Россия)
1 koltzovyv@mail.ru

Постановка проблемы. Работа посвящена уникальным структурам – метаматериалам, фантастические возможности которых позволили экспериментально выявить новейшие эффекты за последние несколько лет.

Цель. Рассмотреть наиболее интересные эффекты с использованием метаматериалов и изготовленные устройства на их базе в самых разных средах (в воздухе и воде) и диапазонах частот (электричество и звук, свет и инфракрасное излучение и пр.).

Результаты. Показано множество новых эффектов с подробным описанием их особенностей, которые позволяют говорить о широком применении метаматериалов в технике для замены традиционных громоздких и тяжелых устройств на новые плоские, легкие и миниатюрные устройства, а также о разработке принципиально новых устройств. Отмечено, что метаматериалы способны точно настраивать и контролировать распространение электромагнитных, оптических и акустических волн, имеют механическое применение.

Практическая значимость. Рассмотрение новейших метаэффектов дает возможность по-новому взглянуть на практическое использование метаматериалов, а также стимулирует появление более совершенных технологий и новых идей применения метаматериалов, которые, при огромном разнообразии возможностей, способны на практике, например, полностью повторить работу живых организмов, хотя метаматериалы в природе не встречаются. Эксперименты последних лет показывают, что метаматериалы можно настроить таким образом, что они начнут взаимодействовать не только со световым и тепловым, рентгеновским или ультрафиолетовым излучениями, но и с магнитным полем, а также порождать любопытные квантовые эффекты. При этом создана основа для крупносерийного промышленного производства различных устройств на базе метаматериалов.

Кольцов Ю.В. Метаматериалы – прорывное направление нанотехнологий // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. 2024. Т. 16. № 1. С. 5–24. DOI: https://doi.org/10.18127/j22250980-202401-01

1. Кольцов Ю.В. Новейшие эффекты применения метаматериалов // Успехи современной радиоэлектроники. 2021. Т. 75.
   № 7. С. 5–26.
2. Tunable Metalens Can Change Its Focus in Real Time, Like a Human Eye. Photonics Spectra. 2018. May. V. 52. № 5. P. 26.
3. She A., Zhang S., Shian S. et. al. Adaptive metalenses with simultaneous electrical control of focal length, astigmatism, and shift. Science Advances. 2018. 23 February. V.4. № 2. P. eaap9957.
4. Ee H.–S., Agarwal R. Tunable Metasurface and Flat Optical Zoom Lens on a Stretchable Substrate. Nano Letters. 2016. March 17. V. 16. № 4. P. 2818–2823.
5. Kamali S.M., Arbabi E., Arbabi A. et. al. Highly tunable elastic dielectric metasurface lenses. Laser and Photonics Reviews. 2016. November 03. V. 10. № 6. P. 1002–1008.
6. https://vpk.name/news/215041_fiziki_iz_ssha_sozdali_shapkunevidimku_dlya_podvodnyih_lodok.html
7. Li J., Zhao J.-J., Liang J.-J. et. al. Metamaterial-Based Planar Compact MIMO Antenna with Low Mutual Coupling. Microwave Journal. 2018. May. V. 61. № 5. P. 116–126.
8. Joosting J.-P. On-chip light travel kept on track with metamaterial «cladding». Smart2zero. 2018. August 15.
9. Liquid Crystal Improves Metalens Design. Photonics Spectra. 2020. August. V. 54. № 8.
10. Lininger A., Zhu A.Y., Park J.-S. et. al. Optical properties of metasurfaces infiltrated with liquid crystals. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2020. August 25. V. 117. № 34. P. 20390–20396.
11. Wallace J. Near-infrared metasurface reflects only one direction of circularly polarized light. Laser Focus World Magazine. 2018. December 01.
12. Wallace J. Technology Review: Laser Focus World’s top 20 photonics technology picks for 2018. Laser Focus World Magazine. 2018. December 01.
13. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.8b00368#
14. Metamaterial lens has numerical aperture of 0,99. Laser Focus World Magazine. 2018. May 01.
15. Paniagua-Dominguez R., Yu Y.F., Khaidarov E. et. al. A Metalens with a Near-Unity Numerical Aperture. Nano Letters. 2018. February 27. V. 18. № 3. P. 2124–2132.
16. Chen M.K., Wu Y., Feng W.L. et. al. Principles, Functions, and Applications of Optical Meta-Lens. Advanced Optical Materials. 2021. 18 February. V. 9. № 4.
17. Ding F., Pors A., Bozhevolnyi S.I. Gradient metasurfaces: a review of fundamentals and applications. Reports on Progress in Physics. 2017. V. 81. № 2. P. 026401.
18. Wallace J. Metasurface Optics: Broadband achromatic metalens focuses all polarizations. Laser Focus World Magazine. 2019. January 03.
19. Pell R. New metamaterial offers inherently robust sound transport. Smart2zero. 2019. January 04.
20. Ni X., Weiner M., Alu A., Khanikaev  A.B. Observation of higher–order topological acoustic states protected by generalized chiral symmetry. Nature Materials. 2019. February. V. 18. P. 113–120.
21. Coffey V.C. The Dawn of New Optics: Emerging Metamaterials. Photonics Spectra. 2019. January 10.
22. Surjadi J., Gao L., Du H., Li X. Mechanical Metamaterials and Their Engineering Applications. Advanced Engineering Materials. 2019. January. V. 21. № 3. P. 1800864 (1–37).
23. Kadic M., Buckmann T., Schittny R., Wegener M. Metamaterials beyond electromagnetism. Reports on Progress in Physics. 2013. November. V. 76. № 12. P. 126501 (34PP).
24. Ren X., Das R., Tran P. et. al. Auxetic metamaterials and structures: A review. Smart Materials and Structures. 2018. V. 27. № 2. P. 23001.
25. Jiang Y., Li Y. 3D printed auxetic mechanical metamaterial with chiral cells and re–entrant cores. Scientific Reports. 2018. February. V. 8. article number 2397.
26. Advances in Mechanics of Microstructured Media and Structures. Dell'isola F., Eremeyev V., Porubov A.V., Eds. Springer. 2018.
27. Kelkar P.U., Kim H.S., Cho K.-H. et. al. Cellular Auxetic Structures for Mechanical Metamaterials: A Review. Sensors. 2020.
    V. 20. № 11.  P.3132.
28. Yang S., Liu P., Yang M. et. al. From Flexible and Stretchable Meta–Atom to Metamaterial: A Wearable Microwave Meta-Skin with Tunable Frequency Selective and Cloaking Effects. Scientific Reports. 2016. 23 February. V. 6. № 1. article number 21921.