Ю.В. Кольцов1

1 Нижегородский научно-исследовательский приборостроительный институт (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. Подробно 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. Установлено, что большое количество новых эффектов с подробным описанием их особенностей позволяют широко применять метаматериалы в технике для замены традиционных громоздких и тяжелых устройств на новые плоские, легкие и миниатюрные устройства, а также разрабатывать принципиально новые устройства. Отмечено, что метаматериалы способны точно настраивать и контролировать распространение электромагнитных, оптических и акустических волн, а также они 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. Достижения последних лет создают основу для крупносерийного промышленного производства различных устройств на базе метаматериалов.

Кольцов Ю.В. Важные свойства работы метаматериалов // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. 2024.
Т. 16. № 4. С. 52–69. DOI: https://doi.org/ 10.18127/ j22250980-202404-06

1. Кольцов Ю.В. Новейшие эффекты применения метаматериалов // Успехи современной радиоэлектроники. 2021. Т. 75. № 7. С. 5–26.
2. Кольцов Ю.В. Метаматериалы прорывное направление нанотехнологий // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. 2024. Т. 16. № 1. С. 5–24.
3. Flaherty N. Samsung files patent for ultra-high res VR display. eeNews Europe. 2020. October 23.
4. Metalens Microscopy Eliminates FOV Constraints. Photonics.com. November 2020.
5. Xu B., Li H., Gaj S. et. al. Metalens-integrated compact imaging devices for wide-field microscopy. Advanced Photonics. 2020. November. V. 2. № 6. P. 066004.
6. Lewis J. Metalens enables mini microscopic imaging prototype. Laser Focus World Magazine. 2020. December. P. 11–14.
7. Pike J. Oddly satisfying metamaterials store energy in their skin. Purdue University. News Release. 2020. 1 December.
8. Faber J.A., Udani J.P., Riley K.S. et. al. Dome-Patterned Metamaterial Sheets. Advanced Science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany). 2020. 07 October. V. 7. № 22. P. 2001955.
9. Metamaterials Store Energy in Their Skins. Microwaves & RF. 2021. January 25.
10. https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-12/pu-osm120220.php
11. Metasurfaces Enable Low-Loss Integrated Photonics Platform. Photonics Spectra. 2020. January. V. 55. № 1.
12. Wang Z., Li T., Soman A. et. al. On-chip wavefront shaping with dielectric metasurface. Nature Communications. 2019. August 07. V. 10. Article number 3547.
13. Capasso Group’s Largest Metalens to Date Demonstrates Potential in VR. Photonics Spectra. 2021. April. V. 55. № 4. P. 18.
14. Li Z., Lin P., Huang Y.-W. et. al. Meta-optics achieves RGB-achromatic focusing for virtual reality. Science Advances. 2021. 27 January. V. 7. № 5. eabe4458.
15. http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/7/5/eabe4458/DC1
16. Yu N., Capasso F. Flat optics with designer metasurfaces. Nature Materials. 2014. January 23. V. 13. P. 139-150.
17. Кольцов Ю.В. Метаматериальные технологии антенных решеток // Успехи современной радиоэлектроники. 2017. № 4.
    С. 30–47.
18. Williams J. Startup Expects to bring Metalens Technology to Commercial Market in 2022. Photonics Spectra. 2021. April. V. 55.
    № 4. P. 12.
19. Pell R. Harvard metalens technology goes commercial. Smart2zero. 2021. February 05.
20. Clarke P. Startup makes lenses using chipmaking techniques. eeNews Analog. 2021. February 8.
21. https://indicator.ru/label/plazmon
22. Joosting J.-P. Plasmonic metasurface advances free-space optical communications. Smart2zero. 2021. February 17.
23. Scaled-up plasmonic receiver/emitter can boost free-space optical communications. Laser Focus World Magazine. 2021. March.
    V. 57. № 3. P. 20.
24. Kingery K. Capturing Free-Space Optical Light for High-Speed WiFi. Duke University. Electrical & Computer Engineering. 2021. February 09.
25. Traverso A.J., Huang J., Peyronel T. et. al. Low-loss, Centimeter-Scale Plasmonic Metasurface for Ultrafast Optoelectronics. Optica. 2021. February 11. V. 8. № 2. P. 202–207.
26. Wallace J. Compact laser-trapping and cooling setup shows what planar optics can do. Laser Focus World Magazine. 2021. March 3.
27. McGehee W.R., Zhu W., Barker D.S. et. al. Magneto-optical trapping using planar optics. New Journal of Physics. 2021. January 29. V. 23. P. 013021.
28. Williams J. Metalens uses heat rather than motion to shift focus. Photonics Spectra. 2021. May. V. 55. № 5. P. 23–24.
29. Shalaginov M.Y., An S., Zhang Y. et. al. Reconfigurable all-dielectric metalens with diffraction-limited performance. Nature Communications. 2021. February 22. V. 12. Article number 1225.
30. Moiré Metasurfaces Extend Focal Length Tunability. Photonics Spectra. 2021. March. V. 55. № 3. P. 27.
31. Iwami K., Ogawa C., Nagase T., Ikezawa S. Demonstration of focal length tuning by rotational varifocal moiré metalens in an ir-A wavelength. Optics Express. 2020. V. 28. № 24. P .35602–35614.
32. Xu R., Chen Z.N. A Compact Beamsteering Metasurface Lens Array Antenna With Low-Cost Phased Array. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2021. April. V. 69. № 4. P. 1992–2002.