İçeriğe atla

Negatif indisli metamalzeme

Negatif indisli metamalzemeler belli frekanslarda dalgaların normal malzemelerden farklı bir şekilde kırılmasına neden olur. (Ters Snell yasası)

Negatif indisli metamalzemeler (NIM), kırılma indisi belli frekans aralıklarında negatif değer alan metamalzemelerdir. Kırılma indisinin negatif olması bu yapay malzemelerde "negatif kırılma" gibi doğal malzemelerde bulunmayan özelliklere sahip olmasını sağlamaktadır. Bu malzemelerin yapay tepkileri dolayısıyla elektrodinamikteki standart sağ el kuralı kuralı bu ortamlarda tersine döner; bu nedenle negatif indisli metamalzemeler aynı zamanda "solak malzemeler" olarak bilinmektedir.[1][2]

Özellikleri

Malzemelerin bir frekansta negatif kırılmaya sahip olabilmesi için yalıtkanlık ile manyetik geçirgenlik sabitlerinin o frekans için negatif olması gerekmektedir. Kızılötesinde ve görünür ışıkta birçok soy metal negatif yalıtkanlık sabitine indisine sahiptir ve ferritlerde negatif geçirgenlik gözlemlenmektedir; buna karşın iki sabiti de negatif değerler alan bir malzeme doğada bulunmamaktadır.[1] Bu nedenle negatif indisli metamalzemeler çalıştıkları dalga boylarından çok daha küçük birim hücrelerin periyodik bir şekilde bir araya getirilmesi ile tasarlanır; bu prensip dalga boyundan çok küçük malzemelerin periyodik bir şekilde sıralanınca homojen bir ortam gibi davranmasına dayalıdır ve etken ortam teorisi (effective medium theory) olarak tanımlanmaktadır.[3][4] Negatif sabitlere sahip olmayan bazı kiral malzemelerde de negatif kırılma gözlemlenebilmektedir.[5][6] Bu malzemelerde gücün akış yönünü gösteren Poynting vektörü dalganın ilerlediği doğrultunun zıt yönüne düşer. Negatif indisli metamalzemelerde elektromanyetik dalganın ilerleme yönünün ve faz hızının tersine dönmesi dalga boyunun altında görüntüleme gibi uygulamaları mümkün kılmaktadır.[7]

Tarihçe

Yarıklı halka rezonatörleri kullanılarak üretilmiş bir metamalzeme

Negatif indisli metamalzeme konsepti ilk kez Sovyet fizikçi Victor Veselago tarafından 1968'de öne sürülmüş ve Veselago bu malzemelerin negatif kırınma dışında ters Doppler etkisi ve ters Çerenkov radyasyonu gibi yapay özellikler sergileyebileceğini öngürmüştür.[3][8] Negatif kırınma özellikle sahip ilk kompozit malzeme ise 2000 yılında Duke Üniversitesi'ndeki araştırmacılar tarafından mikrodalga frekansları için üretilmiştir.[9] Negatif kırılmanın "süper lens" tasarımlarında kullanılabileceği ilk kez 2000 yılında İngiliz fizikçi John Pendry tarafından öne sürülmüştür.[10] Mikrodalga frekanslarında negatif yalıtkanlık sabiti "yarıklı halka rezonatörleri"[2] (split-ring resonator) isimli rezonant malzemelerle elde edilmiştir; bu malzemelerde iletim hattı modelleri sıklıkla kullanılmaktadır.[11] Görünür ışıkta ise metallerin büyük ölçüde kayıplı olması ve uygun birim hücreleri boyutlarının nanometrelere inmesi nedeniyle bu metamalzemelerin üretimi zorlaşmaktadır;[7] buna rağmen görünür ışıkta negatif kırınıma sahip fotonik ve plazmonik metamalzemeler tasarlanmaktadır.[12]

Metamalzemelerde negatif Çerenkov radyasyonu ilk kez 2017 yılında gözlemlenmiştir.[13]

Galeri

  • Negatif kırılma animasyonu
  • Negatif kırılma bazlı mercek odaklaması (Pendry'nin "süper lens şeması")
    Negatif kırılma bazlı mercek odaklaması (Pendry'nin "süper lens şeması")
  • Negatif indisli bir iletim hattında hareket eden kılavuzlu dalgalar
  • Metamalzemeler için iletim hattı modelleri
    Metamalzemeler için iletim hattı modelleri

Ayrıca bakınız

Kaynakça

  1. ^ a b İnan, İnan & Said 2015, s. 928-946.
  2. ^ a b Ircı, Erdinç; Ertürk, Vakur B. (2006). "Solak Metamalzemeler ile Radar Kesit Alanı Hesabı ve Optimizasyonu" (PDF). URSI Türkiye 2006 3. Bilimsel Kongresi. 1 Ocak 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi (PDF). Erişim tarihi: 1 Ocak 2021. 
  3. ^ a b Caloz & Itoh 2005, s. 1-4.
  4. ^ Liu, Ruopeng; Cui, Tie Jun; Huang, Da; Zhao, Bo; Smith, David R. (2007). "Description and explanation of electromagnetic behaviors in artificial metamaterials based on effective medium theory". Physical Review E (İngilizce). 76 (2). s. 026606. doi:10.1103/PhysRevE.76.026606. 
  5. ^ Pendry, J. B. (2004). "A Chiral Route to Negative Refraction". Science (İngilizce). 306 (5700). ss. 1353-5. Bibcode:2004Sci...306.1353P. doi:10.1126/science.1104467. PMID 15550665. 
  6. ^ Zhang, S.; Park, Y.-S.; Li, J.; Lu, X.; Zhang, W.; Zhang, X. (2009). "Negative Refractive Index in Chiral Metamaterials". Physical Review Letters (İngilizce). 102 (2). s. 023901. Bibcode:2009PhRvL.102b3901Z. doi:10.1103/PhysRevLett.102.023901. PMID 19257274. 
  7. ^ a b Soukoulis, C. M.; Kafesaki, M.; Economou, E. N. (2006). "Negative‐Index Materials: New Frontiers in Optics". Advanced Materials (İngilizce). 18 (15). ss. 1941-1952. doi:10.1002/adma.200600106. 
  8. ^ Veselago, V. G. (1968). "The electrodynamics of substances with simultaneously negative values of ε and μ". Soviet Physics Uspekhi (İngilizce). 10 (4). ss. 509-514. Bibcode:1968SvPhU..10..509V. doi:10.1070/PU1968v010n04ABEH003699. 
  9. ^ Smith, D. R.; Padilla, Willie; Vier, D.; Nemat-Nasser, S.; Schultz, S. (2000). "Composite Medium with Simultaneously Negative Permeability and Permittivity" (PDF). Physical Review Letters (İngilizce). 84 (18): 4184-7. Bibcode:2000PhRvL..84.4184S. doi:10.1103/PhysRevLett.84.4184. PMID 10990641. 18 Haziran 2010 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. 
  10. ^ Pendry, J. B. (2000). "Negative Refraction Makes a Perfect Lens" (PDF). Physical Review Letters (İngilizce). 85 (18): 3966-9. Bibcode:2000PhRvL..85.3966P. doi:10.1103/PhysRevLett.85.3966. PMID 11041972. 18 Nisan 2016 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. Erişim tarihi: 27 Mayıs 2016. 
  11. ^ Caloz & Itoh 2005, s. 6-8.
  12. ^ Shalaev, Vladimir M. (2007). "Optical negative-index metamaterials". Nature Photonics (İngilizce). Cilt 1. ss. 41-48. doi:10.1038/nphoton.2006.49. 
  13. ^ Duan, Zhaoyun; Tang, Xianfeng; Wang, Zhanliang; Zhang, Yabin; Chen, Xiaodong; Chen, Min; Gong, Yubin (2017). "Observation of the reversed Cherenkov radiation". Nature Communications (İngilizce). 8 (2). s. 14901. doi:10.1103/PhysRevLett.102.023901. 
Bibliyografi
  • Caloz, Christophe; Itoh, Tatsuo (2005). Electromagnetic Metamaterials: Transmission Line Theory and Microwave Applications (İngilizce). Wiley-IEEE Press. ISBN 978-0-471-66985-2. 
  • İnan, Umran S.; İnan, Aziz S.; Said, Ryan K. (2015). Engineering Electromagnetics and Waves (İngilizce). New Jersey: Pearson. ISBN 978-0-13-266274-1. 

Dış bağlantılar

Wikimedia Commons'ta Negatif indisli metamalzeme ile ilgili ortam dosyaları bulunmaktadır.

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Genel görelilik</span> kütle-zaman ilişkisini tanımlayan teori

Genel görelilik teorisi, 1915'te Albert Einstein tarafından yayımlanan, kütleçekimin geometrik teorisidir ve modern fizikte kütle çekiminin güncel açıklamasıdır. Genel görelilik, özel göreliliği ve Newton'un evrensel çekim yasasını genelleştirerek, yerçekimin uzay ve zamanın veya dört boyutlu uzayzamanın geometrik bir özelliği olarak birleşik bir tanımını sağlar. Özellikle uzayzaman eğriliğine maruz kalmış maddenin ve radyasyonun, enerjisi ve momentumuyla doğrudan ilişkilidir. Bu ilişki, kısmi bir diferansiyel denklemler sistemi olan Einstein alan denklemleriyle belirlenir.

<span class="mw-page-title-main">Elektron</span> Temel elektrik yüküne sahip atomaltı parçacık

Elektron, eksi bir temel elektrik yüküne sahip bir atomaltı parçacıktır. Lepton parçacık ailesinin ilk nesline aittir ve bileşenleri ya da bilinen bir alt yapıları olmadığından genellikle temel parçacıklar olarak düşünülürler. Kütleleri, protonların yaklaşık olarak 1/1836'sı kadardır. Kuantum mekaniği özellikleri arasında, indirgenmiş Planck sabiti (ħ) biriminde ifade edilen, yarım tam sayı değerinde içsel bir açısal momentum (spin) vardır. Fermiyon olmasından ötürü, Pauli dışarlama ilkesi gereğince iki elektron aynı kuantum durumunda bulunamaz. Temel parçacıkların tamamı gibi hem parçacık hem dalga özelliklerini gösterir ve bu sayede diğer parçacıklarla çarpışabilir ya da kırınabilirler.

<span class="mw-page-title-main">Wolfgang Ketterle</span>

Wolfgang Ketterle, Alman fizikçi. 2001 yılında Eric Allin Cornell ve Carl Wieman ile beraber Nobel Fizik Ödülü'nü kazanmıştır.

<span class="mw-page-title-main">Perdeleme teorileri</span>

Pelerinleme teorileri bilim ve araştırma üzerine dayalı bir elektromanyetik görünmezlik pelerini yaratma fikrine dayanır. Şu andaki çeşitleri arasında metamalzeme pelerinleme, olay pelerinleme, dipolar saçılma iptali, ışık tünelleme iletimi, sensörler ve aktif kaynaklar ve akustik metamalzemeler yer alır.

Savas Dimopoulos Stanford Üniversitesi'nde bir parçacık fizikçisidir. İstanbul'da Yunan bir ailenin çocuğu olarak doğdu ve daha sonra 1950'lerde ve 1960'larda Türkiye'de meydana gelen etnik gerginlikler nedeniyle Atina'ya taşındı. Dimopoulos, Houston Üniversitesi'nde lisans öğrencisi olarak okudu. Chicago Üniversitesi'ne gitti doktora çalışmaları için Yoichiro Nambu yanında çalıştı. Dimopoulos, 1979 yılında doktorasını tamamladıktan sonra 1980 yılında Stanford Üniversitesi'nde bir öğretim üyeliği pozisyonu almadan önce kısa süreli olarak Columbia Üniversitesi'ne gitti. 1981 ve 1982 yıllarında Michigan Üniversitesi, Harvard Üniversitesi ve Kaliforniya Üniversitesi, Santa Barbara ile ilişik kurdu. 1994 ile 1997 yılları arasında Stanford Üniversitesi'nden ayrıldı ve CERN tarafından istihdam edildi.

Terahertz metamalzemeleri birleşimin yeni bir sınıflandırılma biçimidir. Suni malzemeler hala terahertz (THz) frekanslarıyla etkileşimde olan gelişim süreci altındadır. Terahertz frekansları malzeme araştırmalarında sık sık 0.1'den 10 terahertz frekansına kadar kullanılmaktadırlar.

Süperlens, kırınım sınırının ötesine giden metamateryallerin kullanıldığı bir mercektir. Kırınım sınırı geleneksel lenslerin ve mikroskopların çözünürlük duyarlılığının limitidir. Farklı yollar ile kırınım sınırının ötesine geçebilen birçok lens çeşidi vardır ancak onları engelleyen ve işlevlerini etkileyen birçok etmen vardır.

Tetrakuark, parçacık fiziğinde, dört valans kuarktan oluşan ve varlığı tahmin edilmesine karşın henüz kanıtlanamamış egzotik mezondur. Prensipte, bir tetrakuark durumu kuantum renk dinamiği içinde yer alabilmektedir.

<span class="mw-page-title-main">Egzotik hadron</span>

Egzotik hadron, kuarklar ile gluonlardan meydana gelen, sıradan hadronların aksine iki ya da üç kuarktan fazlasını içeren atomaltı parçacıktır. Egzotik baryonlar, üç kuarka sahip sıradan baryonlardan; egzotik mezonlar ise birer kuark ve antikuarka sahip sıradan mezonlardan ayrılır. Teoride, renk yükü beyaz olduğu müddetçe bir hadronun kuark sayısında herhangi bir limit yoktur.

Parton, Richard Feynman tarafından ortaya atılan bir hadron modelidir. Stanford Doğrusal Hızlandırıcı Merkezi'nde (SLAC) 1968 yılında yapılan derin inelastik saçılma deneyleri, protonun daha küçük, nokta benzeri parçacıklardan oluştuğunu ve böylece bir temel parçacık olmadığını gösterdi. O dönemde fizikçiler bu nesneleri kuarklar ile ilişkilendirmek konusunda tereddütlü olduklarından parçacıklar, Feynman tarafından türetilen "parton" olarak adlandırdı. Bu deneyler sırasında gözlemlenen cisimler, diğer çeşnilerin de keşfedilmesiyle daha sonra yukarı ve aşağı kuark olarak tanımlanacaktı. Buna rağmen parton, hadronların bileşenlerini tanımlayan ortak bir terim olarak kullanımda kaldı.

<span class="mw-page-title-main">J/psi mezonu</span>

J/psi mezonu veya psion bir atomaltı parçacık. Bir tane tılsım kuark ve bir de tılsım antikuarktan oluşan bir çeşni değiştiren yüksüz mezonudur. Bir tılsım kuark ve bir tılsım antikuarkın bağlı hali ile oluşan mezonlar "karmoniyum" olarak anılır. En yaygın karmoniyum, düşük değişim kütlesi, 3.0969 GeV/c23,0969 GeV/c2 yani ηc̅ ' nin (2.9836 GeV/c22,9836 GeV/c2) biraz üzerinde, sebebi ile J/psi mezondur. Bu mezon ortalama 7.2×10−21 s7,2×10-21 s ömre sahiptir.Fakat bu süre tahmin edilen 1000 kat daha uzundur.

Çeşni değiştiren nötr akım ya da çeşni değiştiren yüksüz akım, elektrik yükü değişmeksizin fermiyon akımının çeşnisini değişimi anlamına gelen hipotetik ifade. Eğer doğada olursalar, bu işlemleri henüz deneyde gözlenmemiş olguları tetikleyebilir. Çeşni değiştiren yüksüz akımlar Standard Modelde üç seviyenin ötesinde var olabilir fakat GIM mekanizması tarafından bir hayli baskılanır. Birkaç birlik FCNCs için araştırmalar yaptı. 2005' te Tevatron CDF deneyinde tuhaf B-mezonunun phi mezonlarına FCNC bozulması ilk kez gözlendi.

Hadronlaşma veya hadronizasyon, hadronların kuarklar ve gluonların dışında oluşma işlemidir. Bu olay, kuarklar ve gluanların oluştuğu bir parçacık çarpıştırıcıda yüksek enerjili bir çarpışma ile olur. Renk hapsi nedeni ile kuarklar ve hadronlar kendi başlarına var olamazlar. Standart Model'e göre, bunlar vakumdan spontane şekilde oluşmuş kuarklar ve antikuarklar ile birleşerek hadronları oluştururlar. Hadronlaşmanın kuantum renk dinamikleri henüz tam olarak anlaşılamamıştır ama birkaç olgu çalışmasında modellenip parametrize edilmiştir. Bu çalışmalardan biri Lund ip modelidir. Aynı zamanda uzun menzil kuantum renk dinamiği yaklaşım şemaları da mevcuttur.

Ksi baryonları, birinci çeşni nesillerinden bir kuarka, daha yüksek çeşnili nesillerinden ise iki kuarka sahip, Ξ sembolüyle gösterilen hadron parçacığı ailesidir. Bu nedenlerden ötürü bu tip parçacıklar birer baryondur, toplam izospinleri 1/2'dir ve nötr olabildikleri gibi +2, +1 ya da -1 temel yüke sahip olabilirler. Yüklü Ksi baryonları ilk kez 1952'de, Manchester grubu tarafından gerçekleştirilen kozmik ışın deneyleri sırasında gözlemlenmiştir. Nötr Ksi baryonlarının ilk kez gözlemlenmesi ise 1959'da, Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'nda gerçekleştirildi. Kararsız durumları, bozunma zinciri sonucunda daha hafif parçacıklara bozunmaları sebebiyle geçmişte çağlayan parçacıklar olarak da anılmaktaydılar.

Optik cımbız ya da diğer adıyla tek ışınlı eğim kuvveti kapanı, parçacık ve parçacığı çevreleyen ortamın göreli kırılma indisine göre parçacıklara, lazer ışınları kullanarak pikoNewton ölçeğinde çekme ya da itme kuvveti oluşturan bilimsel alettir. Mikro parçacıklardaki saçılma ve eğim kuvvetlerinin tespit edilmesi ilk olarak 1970'te, Arthur Ashkin tarafından gerçekleştirildi. Optik cımbızın keşfi ise Ashkin ve ekibi tarafından 1986 yılında duyuruldu. Bu icadından dolayı Ashkin'e, 2018, yılında Nobel Fizik Ödülü verildi.

<span class="mw-page-title-main">Yüzey plazmonu</span>

Yüzey plazmonları, yalıtkanlık sabitinin işaret değiştirdiği iki yüzey arasında uyarılabilen delokalize elektron salınımlarıdır; bunlara örnek olarak görünür ışıkta dielektrik ve metaller arası yüzeyler verilebilir. Plazmonlar plazma salınımlarının kuantasıdır; bu elektromanyetik dalgaların kuantizasyonunun fotonlar olmasıyla benzer durumdur. Yüzey plazmonları toplu plazmon salınımlarından daha az güce sahiptir; yüzey plazmonlarının aksine bu tip salınımlar Fermi gazlarında boylamasına gerçekleşir.

<span class="mw-page-title-main">Fotonik kristal</span>

Fotonik kristaller, ışığın hareketini kontrol eden periyodik yapılardır. Işığın bu yapılarla etkileşimi, Katı hâl fiziğinde kristal yapıların elektronlarla etkileşimine benzetilebilir; yapının periyodikliği, ışığın ilerleyemeceği bir fotonik bant aralığı oluşturur; bu bant aralığında bulunan dalga boylarındaki fotonlar fotonik kristalde ilerleyemez. Fotonik kristaller, doğada bazı canlılarda bulunmaktadır.

<span class="mw-page-title-main">John Pendry</span>

Sir John Pendry, İngiliz fizikçi. Imperial College London'da teorik katı hâl fiziği anabilim dalında profesörlük yapan Pendry, metamalzemeler ve perdeleme teorileri üzerine yaptığı çalışmalar ile tanınmaktadır. 2004 yılında Sir unvanını alan fizikçi, 2014 yılında nano-optik alanına olan katkılarından dolayı Norveç Bilimler Akademisi tarafından Kavli Nanobilim Ödülü'ne layık görülmüştür.

<span class="mw-page-title-main">Mükemmel eşlenmiş katman</span>

Mükemmel eşlenmiş katman ya da tamamen eşlenmiş katman, kısaca PML, açık sınırlı dalga problemlerinin hesaplamalı analizinde kullanılan yapay bir soğurucu katmandır. Özellikle zamanda sonlu farklar ve sonlu elemanlar yöntemlerinde kullanılan bu katman, üzerine gelen dalgaları yansıma yapmadan soğurarak simülasyon alanını sınırlandırır; bu şekilde normal sınır koşullarının geçerli olmadığı radyasyon ve saçılma benzeri problemlerin etkili bir şekilde hesaplanabilmesi hedeflenir.

Ortwin Hess, Trinity College Dublin (İrlanda) ve Imperial College London'da yoğun madde optiği alanında çalışan Almanya doğumlu bir teorik fizikçidir. Yoğun madde teorisi ve kuantum optiği arasında köprü kurarak, kuantum nanofotonik, plazmonik, metamalzemeler ve yarı iletken lazer dinamiğinde uzmanlaşmıştır. 1980'lerin sonlarından bu yana, 300'den fazla hakemli makalenin yazarı ve ortak yazarıdır; bunlardan en bilinen, "Trapped rainbow' storage of light in metamaterials" adlı makalesine 400'den fazla kez atıfta bulunulmuştur. Kuantum kazanımlı aktif nanoplazmoniklere ve metamalzemelere öncülük etti. 2014 yılında, güçlendirilmiş yüzey plazmon polaritonlarının boşluksuz (nano-) lazerleme ve lokalizasyonu için yeni bir yol olarak "durdurulmuş ışıkla lazerleme" ilkesini tanıttı. Bu ilke, ona 33 h-endeksi kazandırdı.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.