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        神奇的超材料和隱形材料(中)

        2023-10-16 147

        “神奇的超材料和隱身材料”

        1904首次推出超材料

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            超材料的特性首次被提及是在1904年,英國數學家Horace Lamb和英國物理學家Arthur Schuster提出了負波傳播的概念。然而,兩人都認為這種現象純粹是理論上的,并不認為它可以實際實現。

        曼德爾斯通的發現

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            40年后,蘇聯物理學家曼德爾斯通在研究電磁波傳播的本質時,考察了具有負折射的材料的特性。從他的實驗中,他發現這種現象在由晶格組成的材料中普遍存在。到20世紀60年代末,幾個研究小組將繼續進一步研究晶體的負傳播特性,以及負介電常數和負磁導率概念的實際含義。

        Veselago提出第一個超材料理論模型

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            最后 在1967年,蘇聯物理學家Veselago,提出了第一個超材料的理論模型。他的研究包括產生預測分數反轉現象的方法,其中他創造了左手材料一詞,以及探索具有負介電常數和負磁導率或雙負材料的理論模型。在接下來的三十年里,由于缺乏有效設計和實驗超材料所需的組成材料和計算能力,這些仍然主要是抽象的 。

        二戰后,人工電介質快速發展

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            隨著超材料的框架正在開發中。在理論層面,微波工程的相關領域及其在意向設計中的應用在第二次世界大戰后開始迅速發展。由此,在20世紀50年代和60年代期間,人工電介質的發展開始開辟微波輻射成形的新途徑,特別是用于雷達天線設計。

        人工電介質具有特定電磁響應

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            人造電介質是由排列在非導電基質中的導電形狀或顆粒的射線制成的復合材料。與超材料類似,人造電介質被設計為具有特定的電磁響應,就像工程電介質材料一樣。

        溫斯頓研究輻射和幾何結構的關系

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            美國電氣工程師、美國宇航局電子研究中心首任主任溫斯頓·E·科克(Winston E Kock)分析研究了輻射如何通過不同的幾何形狀和粒子傳播,無論是孤立的還是重復的模式。在他的指導下,開發了分析這些結構的有效介電常數和磁導率的方法允許開發各種配置的微波透鏡。然而,由于當時 NASA 研究目標的范圍,這項研究從未達到負系數的領域,未能實現真正的超材料。

        Pendry成為超材料領域的主要貢獻者

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            到20世紀90年代末,將超材料從理論遷移到現實的首次嘗試開始出現。而形成它們的長期既定原則仍將是正在進行的研究的焦點。英國理論物理學家約翰·彭德里(John Pendry)很快成為該領域的主要貢獻者,他將超材料的特性從概念變為現實。Pendry在固態物理學方面的專業知識使他與馬可尼材料技術公司簽約,以解釋他們的海軍隱形材料實際上如何工作的物理原理。

        超材料的微波吸收源自結構特征

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            Pendry發現,這種材料的微波吸收并非來自其所用碳的化學結構,而是來自纖維的細長形狀。通過這一觀察,Pendry意識到,通過在小于特定輻射帶的尺度上改變材料的內部結構,他可以改變材料與其相互作用的方式。由于觀察到的特性似乎超出了自然發生的特性,因此創造了超材料一詞。

        開口環諧振器

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            亨利進一步探索了這個概念,提出了一種可以模仿傳統磁性物質特性的復合材料的想法。他推測這種材料可以由嵌入玻璃纖維基板中的微小銅線環制成,稱為開口環諧振器。這些環路將根據其尺寸和幾何形狀產生特定的磁響應,從而有效地成為可調諧磁諧振器。Pendry的想法的含義在材料科學中是前所未見的。他已經弄清楚了如何操縱材料的電磁響應,從而有效地提供了設計電磁輻射如何穿過材料的方法。

        David Smith構建可協調線圈

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            Pendry在1999年發表了他的工作成果,迅速吸引了全世界物理學家的注意。其中 加州大學實驗物理學家David Smith與同事Wille Padilla合作,構建了一系列非常小的線圈,可以以這樣的方式進行調諧,當受到輻射源照射時,材料的表現就像它具有天然磁性一樣。充分實現Pandry的概念后,該團隊于2000年5 月發表了他們的研究結果。

        Browning推動了DARPA的超材料研究計劃

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            大約在同一時間,新任命的 DARPA 項目經理、物理學家瓦萊麗·布朗寧 (Valerie Browning) 在史密斯和帕迪拉的成功的推動下,說服 DARPA 發起自己的超材料研究計劃。投入 4000 萬美元,資助大量計算資源和精密微加工技術。史密斯和帕迪拉將很快并入DARPA項目,領導其新的先進材料計劃。


        文章源自:Achillesccj


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