Метаматериалы структурируются так, чтобы задать не встречающиеся в природе величины n, причём наибольший интерес вызывают отрицательные показатели, которые проявляются при отрицательных значениях магнитной (μ) и диэлектрической (ε) проницаемостей. Такие метаматериалы используются для создания маскирующих устройств и «суперлинз».
Однако у новой разработки показатель преломления положителен. Основой метаматериала служит полимерная плёнка, в которую включены тонкие золотые или алюминиевые структуры в форме буквы «Н», повторяющиеся через каждые 60 мкм. По длине и ширине они чуть недотягивают до 60 мкм, а потому не касаются друг друга. Максимальный показатель n был продемонстрирован в опыте с алюминиевыми включениями на частоте около 0,3 ТГц.
Известно, что показатель преломления можно выразить как корень из произведения магнитной и диэлектрических проницаемостей. В представленном метаматериале величина μ не меняется, а ε, напротив, резко возрастает за счёт того, что боковые «стенки» Н-образных элементов действуют подобно обкладкам конденсатора. В зазоре между соседними элементами устанавливается электрическое поле, и при правильном подборе ширины зазора и длины волны падающего линейно поляризованного излучения можно сделать это поле сравнительно сильным и получить высокую диэлектрическую проницаемость.
Авторы пробовали уменьшать ширину зазора от исходных 30 мкм до 80 нм и выяснили, что показатель преломления начинает быстро увеличиваться после того, как ширина падает до 5 мкм; поскольку самая высокая плотность расположения элементов была достигнута в экспериментах с алюминием, именно здесь уровень n оказался рекордно большим. Учёные также попробовали изготовить «толстый» пятислойный материал с золотыми элементами размером в 40 мкм, получив максимальное значение n = 33. Такой вариант метаматериала сохранял высокий (более 15) показатель преломления в широком диапазоне частот от 0,7 до 1,8 ТГц.
Вероятно, при замене полимерной плёнки материалом с высоким собственным показателем преломления (к примеру, сульфидом свинца) общий n ещё увеличится.
Полная версия отчёта опубликована в журнале Nature.
Подготовлено по материалам Physicsworld.Com.
