Ю.В. Кольцов1

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

Постановка проблемы. Работа посвящена уникальным структурам – метаматериалам, необыкновенные 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. Показано, что большое количество новых эффектов с подробным описанием их особенностей 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 позволяет 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. Метаматериалы в действии – возможности применения // Наукоемкие технологии. 2025. Т. 26. № 2. С. 59−79. DOI: https://doi.org/ 10.18127/j19998465-202502-06

1. Кольцов Ю.В. Новейшие эффекты применения метаматериалов // Успехи современной радиоэлектроники. 2021. Т. 75.
   № 7. С. 5-26. DOI https://doi.org/10.18127/j20700784-202107-01
2. 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.
3. Xie Y., Ye S., Reyes C. et. al. Microwave Metamaterials Made by Fused Deposition 3D Printing of a Highly Conductive Copper Based Filament. Applied Physics Letters. 2017. May. V. 110. № 18. P. 181903.
4. Joosting J.P. 3D-printed metamaterials offer unique optical properties. Smart2zero. 2019. April 08.
5. Sadeqi A., Nejad H.R., Owyeung R.E., Sonkusale S. Three dimensional printing of metamaterial embedded geometrical optics (MEGO). Microsystems & Nanoengineering. 2019. April 8. V. 5. № 1. P. 16.
6. https://www.nature.com/articles/s41378-019-0053-6/figures/
7. Flaherty N. Tiny 3D printed Statue of Liberty is just 1.8mm high. eeNews Europe. 2021. January 20.
8. Hettinga W. Acoustic metamaterial can focus sound like a lens. eeNews Europe. 2019. May 22.
9. Bai G.D., Ma Q., Cao W.K. et. al. Manipulation of Electromagnetic and Acoustic Wave Behaviors via Shared Digital Coding Metallic Metasurfaces. Advanced Intelligent Systems. 2019. September. V. 1. № 5. P. 1900038 (19).
10. Happich J. CNT-based metamaterial turns heat into light. eeNews Europe. 2019. July 17.
11. Gao W., Doiron C.F., Li X. et. al. Macroscopically Aligned Carbon Nanotubes as a Refractory Platform for Hyperbolic Thermal Emitters. ACS Photonics. 2019. V. 6. № 7. P. 16021609.
12. Hogan H. Metamaterials Extend Photonics. Photonics Spectra. 2020. March. V. 54. № 3. P. 4043.
13. Zhang X., Yang S., Yue W. et. al. Direct polarization measurement using a multiplexed Pancharatnam-Berry metahologram. Optica. 2019. V. 6. № 9. Р. 11901198.
14. Phase-Changing Metamaterials: A New Frontier in Technology. Advanced Science News. 2019. October 21.
15. Burrows L. Snake-inspired robot slithers even better than predecessor. SEAS press contact. 2019. April 18.
16. Snake-Inspired Robot. Motion Design Magazine. 2019. June. V. 43. № 6.
17. Browne J. Smart Materials Behave Like Robots. Microwaves & RF. 2021. March 22.
18. Pell R. Spider-inspired depth sensor fuses optical, imaging breakthroughs. Smar2zero. 2019. October 30.
19. Happich J. Bio-inspired metalens extracts depth from defocus. eeNews Europe. 2019. November 08.
20. Guo Q., Shi Z., Huang Y.W. et. al. Compact single-shot metalens depth sensors inspired by eyes of jumping spiders. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2019. November 12. V. 116. № 46. P. 2295922965.
21. Griffin M. Researchers created a digital metamaterial to create better cloaking devices. World Futures Forum. 2019. November 26.
22. Cui T.J., Qi M.Q., Wan X. et. al. Coding metamaterials, digital metamaterials and programmable metamaterials. Nature. 2014. October. V. 3. P. 218.
23. Liaskos C., Pyrialakos G.G., Pitilakis A. et.al. The Internet of Metamaterial Things and Their Software Enablers. ITU Journal on Future and Evolving Technologies. 2020. 11 December. V. 1. № 1. (23PP.)
24. Happich J. Centimeter-scale glass metalens developed for VR, imaging. Smart2zero. 2019. December 04.
25. Happich J. «Game-changing» metalens rivals performance of traditional lenses. Smart2zero. 2020. June 30.
26. Yang S. Engineers create game-changing metalens that breaks records in performance. Berkeley Engineering. 2020. June 25.
27. Flaherty N. Metamaterial creates flat fisheye lens. eeNews Europe. RF Microwaves. 2020. September 21.
28. Flaherty N. Flat fisheye metalens produces 180degree panoramic images. Smart2zero. 2020. September 21.
29. Shalaginov M.Y., An S., Yang F. et. al. Single Element Diffraction Limited Fisheye Metalens. Nano Letters. 2020. V. 20. № 10. P. 74297437.
30. https://news.mit.edu/2020/flat-fisheye-lens-0918
31. Fan C.Y., Lin C.P., Su G.J. Ultrawide-angle and high-efficiency metalens in hexagonal arrangement. Scientific Reports. 2020. September 24. V. 10. № 1. P. 15677.
32. Chu H., Qi J., Qiu J. An efficiently-designed wideband single-metalens with high-efficiency and wide-angle focusing for passive millimeter-wave focal plane array imaging. Optics Express. 2020. February 3. V. 28. № 3. P. 38233834.
33. Kim C., Kim S.J., Lee B. Doublet metalens design for high numerical aperture and simultaneous correction of chromatic and monochromatic aberrations. Optics Express. 2020. June 8. V. 28. № 12. P. 1805918076.
34. Li B., Piyawattanametha W., Qiu Z. Metalens-Based Miniaturized Optical Systems. Micromachines (Basel). 2019. May 8. V.10. № 5. P. 310.