Metamaterijali

Uvod
Najvažniji elektromagnetni fenomeni u praktičnim realizacijama su interakcije elektromagnetnog polja, odnosno elektromagnetnog talasa sa materijalnom sredinom. Zato se mera elektromagnetne funkcionalnosti često meri stepenom obrade elektromagnetnog polja, odnosno talasa uz korišćenje specijalnih geometrija dostupnih (adekvatnih) materijala. Postoji veliki broj specijalno izrađenih struktura koje su predložene ali i proizvedene od strane naučnika i inženjera širom sveta. Sposobnost i raznovrsnot elektromagnetnih uređaja u velikoj
meri ograničena je obimom raspoloživih materijala od kojih su napravljeni.
Normalno, poznato je da uvek postoje ograničenja, bilo teorijska, bilo tehnološka, tako da je nemoguće napraviti idealnu strukturu. Potpuno nov koncept u ostvarivanju novih elektromagnetnih osobina je stvaranje veštačke strukture sastavljene od specijalnih i preciznih primesa, slojeva, itd., pod – talasnih dimenzija. Iako su dimenzije tih primesa nekoliko puta veće od atomskog ili molekularnog nivoa konvencionalnih materijala, nehomogenost strukture je i dalje mnogo manja od talasne dužine upadnog talasa, a njihov elektromagnetni odziv se može izraziti u funkciji efektivnih osobina homogenizovanog materijala. Takvi veštački funkcionalni materijali, projektovani da ispunjavaju elektromagnetne osobine od interesa, nazivaju se METAMATERIJALI.
Prefiks META (grč.) znači IZNAD, i u tom smisli ime METAMATERIJALI označava materijale koji su po svojim osobinama izvan konvencionalnih materijala. Definiciju metamaterijala prvi je dao američki fizičar Rodger M. Walser 1999. Godine, predloživši da se metamaterijalima nazivaju makroskopski složene strukture, napravljene od sintetičkih, trodimenzionalnih,
periodičnih ćelija, čije se osobine ne mogu pronaći u prirodi [ ]. Međutim, tačna definicija metamaterijala još nije ustanovljena, jer se mnogi istraživači ne mogu složiti oko sveobuhvatne i jasne definicije. Tako, na primer, prema sajtu European Union’s Metamorphose Network, sponzoru Kongresa o metamaterijalima, metamaterijal je veštačka struktura elemenata, napravljen za postizanje korisnih i nestandardnih elektromagnetnih karakteristika. Ipak, za metamaterijale možemo reći da njihove odlučujuće osobine zavise od samog materijala pri čemu je stepen nehomogenost mnogo manji od talasne dužine upadnog elektromagnetnog talasa. U ovom završnom radu dat je istorijski osvrt na teorijsku osnovu i istraživanja u oblasti metamaterijala, njihovu izradu i osobine, kao i pregled sadašnje i očekivane buduće primene metamaterijala.

Završni rad je koncipiran kroz četiri poglavlja:

1. Kratak istorijat metamaterijala;

2. Izrada i primena metamaterijala;

3. Veštački magnetici i dielektrici, sredine sa negativnim indeksom prelamanja;

4. Fenomen nevidljivosti.

U prvom poglavlju opisana je, u kratkim crtama, istorija metamaterijala, sa osvrtom na sam početak razvoja metamaterijala, teorijske analize i rezultati do danas urađenih obimnih istraživanja. U drugom poglavlju akcenat je stavljen na samu izradu metamaterijala. Uz pomoć nanotenhologije i konvencionalnih softvera kao što su CST Microwave Studio, FEM solver of ANSOFT HFSS i COMSOL omogućena je izrada i elektromagnetna simulacija funkcija metamaterijala.U trećem poglavlju data je danas važeća podela metamaterijala, predstavljeni
su primeri struktura koje rade u mikrotalasnom i optičkom režimu. U poglavlju je posebno pažnja posvećena i fotoničnim kristalima koji predstavljaju posebnu vrstu metamaterijala.
U četvrtom poglavlju opisan je fenomen nevidljivosti. Naime, učiniti nešto nevidljivim je uvek bio čovekov najveći san, a zahvaljujući metamaterijalima, tačnije njihovim osobinama, to će možda biti moguće.U zaključku je dato kandidatovo mišljenje i osvrt na rad. Pri izradi diplomskog rada, konsultovana je brojna i bogata literatura iz ove oblasti i ta literatura je navedena na kraju ovog rada.