Метаматериалы. Свойства, которых нет в природе
Можно ли изготовить материал, подобный плащу-невидимке из «Гарри Поттера»? А защитить с помощью материала здание от разрушительного землетрясения? Ещё несколько десятилетий назад такие идеи казались фантастикой, но сегодня они становятся реальностью благодаря появлению особого класса искусственно созданных сред — метаматериалов.
Что такое метаматериалы?
Метаматериалами называют композиты, чьи свойства определяются не химическим составом, как у обычных веществ и материалов, а формой, геометрией и расположением повторяющихся микроструктур — мета-атомов.
Каждый мета-атом состоит из одного или нескольких обычных веществ и поодиночке не создаёт никаких необычных свойств. Но стоит объединить мета-атомы в единую периодическую структуру, подобно тому, как из кирпичей возводят дома, и получаемый материал начинает проявлять свойства, выходящие за рамки привычных.
Какие же необычные свойства могут проявлять метаматериалы? Список огромен. На сегодняшний день метаматериалы сформировались в самостоятельное научное направление, в рамках которого их можно разделить на несколько больших классов: электромагнитные, механические, акустические, тепловые, массотранспортные, сейсмические.
Сравнительная иллюстрация классического материала из меди с положительным показателем преломления n (слева) и метаматериала, состоящего из мета-атомов на основе меди, обладающего отрицательным показателем преломления (справа). Рисунок (с изменениями) из статьи: Sun Jingbo, Zhou Ji. Metamaterials: The Art in Materials Science. Engineering, Volume 44, 2025, Pages 145—161.