Ученые создали математическую модель сетчатых метаматериалов, получаемых с помощью геометрического критического контраста из тонких периодических структур. Такие материалы обладают свойством памяти. Статья об этом опубликована в SIAM Journal on Applied Mathematics.

Рассказывает старший преподаватель кафедры математики Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета Юлия Юрьевна Ершова:

«Материалы с памятью (или по-другому, материалы со свойствами временной дисперсии) — это такие среды, которые «помнят» прошлые воздействия на них. Метаматериалы обладают временной дисперсией и необычными акустическими и электромагнитными свойствами, не встречающимися в природе, но достижимыми технологически. Появление таких материалов было предсказано еще в 60-х годах ХХ века советским физиком Виктором Веселаго. Он показал, что отрицательный коэффициент преломления света возможен только при отрицательной диэлектрической и магнитной проницаемости, а плоскопараллельная пластина из такого материала должна передавать изображения без искажений. Это привело к созданию в 2000-х гг. «отрицательных материалов» и суперлинз, создающих гораздо более четкие изображения с деталями меньшими половины длины волны, что невозможно для обычной линзы, имеющей дифракционный предел».

Периодический композитный материал, состоящий и...

Периодический композитный материал, состоящий из условно мягкого и жесткого материалов

Внимание многих современных ученых направлено на метаматериалы, материалы с памятью, композиты. Метаматериалы создаются как композиты — среды, состоящие из, как минимум, двух различных типов материалов. Условно говоря, чтоб получить необычные электромагнитные и акустические свойства, надо комбинировать «жесткую» и «мягкую» компоненту. При правильно подобранном контрасте между свойствами составных частей (так называемом критическом контрасте) композит окажется метаматериалом. Например, в резиновую матрицу периодически вставляют эбонитовые шарики. Как показали измерения, лист такого материала не пропускает звуковые волны в определенных диапазонах.

В зависимости от желаемых характеристик метаматериала подбираются характеристики его составных частей. На практике оказывается не всегда просто это сделать.

Другой способ получить метаматериалы — создать с помощью 3D-принтинга сетчатую среду. Такой метаматериал представляет собой периодическую тонкую сетку из трубочек и узлов. Метаматериальные свойства такой тонкой структуры достигаются за счет соотношения объемов трубок и узлов, характеристики материала и геометрической структуры сетки, что по-другому называется геометрическим критическим контрастом. Подбирая правильное сочетание объема вершин и трубочек в тонких структурах и способ их соединения, можно получить на выходе заданные метаматериальные свойства среды. С развитием 3D-печати все это стало технически осуществимо. Практическое применение сетчатых сред — сфера современных исследований физиков, инженеров, математиков. Метаматериалы используются в оптике (создание улучшенных линз, «невидимость» в определeнных частотах) и радиотехнике, для шумоизоляции (в определенных частотах), для создания батареек.