آیا میتوان نامرئی شد؟ بله با استفاده از Metamaterials یا فرامواد

[saba2012]

با عرض سلام خدمت دوستان

در ادامه در چند تاپیک آینده قصد دارم شما رو با مواد شگفت انگیزی آشنا کنم که بسیاری از مقالات و تحقیق هارو به خودش اختصاص داده.

موادی که در آینده نه چندان دور آرزوی نامرئی شدن رو به طور کامل در طیف الکترومغناطیس از جمله بخش نوری و مرئی طیف تحقق خواهند بخشید.

با استفاده از خواص شگفت انگیز فرامواد میتوان بعث خوش نور یا موج الکترومغناطیسی و حتی موج آکوستیک شود.

 

تا اثبات قابلیت نامرئی سازی متامتریال چند تاپیک نیازه

امیدوارم دوستان در بحث ها شرکت کنند و انرژی مثبت بدند. بنده هم قول می دم رفرنس ها و فایل و مقالات متنوعی رو ارائه کنم.

ضمنا دانشجویان مهندسی برق دانشجویان نانو مواد دانشجویان فیزیک دانشجوی مکانیک علاقه مند به آکوستیک میتونند تز ارشد و دکتری خودشون رو در این زمینه تعریف کنند الا ما شاالله تز بکر و دست نخورده وجود داره.

 

(متا متریال) و آرزوی مخفی شدن؟

 

متامتریال از دو واژه "متا" و "متریال" تشکیل شده است. واژه "متا" برگرفته از واژه یونانی "meta" به معنای "فرا/ ماورا" می­باشد. از آنجا که فرامواد دارای خواص نامتعارف الکترومغناطیس در ساختار وجودی خود می­باشند که این خواص در مواد طبیعی یافت نمی­شود به این مواد فرامواد یا متامتریال گویند.

متامتریال یا فرامواد به " ساختارهای مرکب مصنوعی که به طور مؤثر از لحاظ ساختار الکترومغناطیسی همگن هستند و دارای خواص غیر معمولی می­باشند که این خواص در طبیعت یافت نمی­شود" [1].

یک ساختار مؤثر همگن ساختاری است که میانگین اندازه سلول­های شبکه­ی آن ، کوچکتر از طول موج انتشاری در آن باشد. بنابر این اندازه شبکه باید حداقل یک چهارم طول موج الکترومغناطیس باشد.

 

چنانچه محیط شرط همگنی را داشته باشد می­توان اطمینان داشت که پدیده شکست بر پدیده پراش پخش غالب می­شود و ماده از لحاظ الکترومغناطیسی یکپارچه خواهد بود و تحلیل موج انتشاری در آن با استفاده از روابط ماکروسکوپی امکان پذیر است [2].

با استفاده از پارمترهای گذردهی الکتریکی e و تروایی مغناطیسی u و ضریب شکست نوری n می­توان خواص ماکروسکوپی مواد را مورد مطالعه قرار داد.

تمامی مواد در طبیعت دارای خاصیت گذردهی الکتریکی و تراوایی مغناطیسی هستند.که به صورت نسبی با گذردهی الگتریکی و تروایی مغناطیسی هوا نسبت داده می­شوند؛ که به ترتیب عبارتند از:

 

 

به طور کلی اغلب مواد در طبیعت دارای e , mمثبت می­باشند یا اینکه e , m در آنها همزمان منفی نمی­باشد و لذا ضریب شکست کلیه­ ی مواد در طبیعت مثبت است. اما در فرامواد در ساختار همگن چنانچه در بالا ذکر شد، e , mبه طور همزمان منفی می­گردند و این امر موجب می­شود ضریب شکست اپتیکی نیز منفی گردد و به هنگام مواجه موج الکترومغناطیس با این مواد، شاهد واکنش متفاوت و خارق العاده­ی این مواد باشیم.

همانطور که در شکل 1-2 مشاهده می­کنید در اکثر مواد طبیعی پیرامون ما e > 1 , m >1 می­باشند.

 

شکل1-2: تراوایی مغناطیسی و گذردهی الکتریکی مواد مختلف [15].

 

تحقیقات اولیه در حوزه متامتریال­ها به بررسی و مطالعه فرامواد با ضریب شکست منفی پرداخته­اند. در آینده نزدیک با استفاده از فرامواد می­توان شکلی از نامرئی بودن را برای کل طیف الکترومغناطیس با مواد با ضریب شکست منفی فراهم نمود.

 

ادامه دارد.................................................

ویرایش شده 15 تیر، 1392 توسط saba2012

[Unknown]

الکترومغناطیس؟ @};-

[اردیبهشت مهمان]

=D>

[saba2012]

الکترومغناطیس؟ @};-

 

بله الکترومغناطیس و حتی آکوستیک البته در دو ساختار جداگانه اما با استفاده از یک اصل

ویرایش شده 15 تیر، 1392 توسط saba2012

[Unknown]

بله الکترومغناطیس و حتی آکوستیک البته در دو ساختار جداگانه اما با استفاده از یک اصل

 

ینی با استفاده از عبور نور یا انرژی الکترومغناطیسی از محیط دوتا ماده ب هم دیگ؟با استفاده از قوانین شکست توی محیطا برای این دوتا قانون!!

[soheil.2012]

tanx

[saba2012]

در تاپیک های بعدی کامل توضیح میدم منتها اجمالا عرض کنم در فرکانسهای خاصی ساختار متامتریال تشدیدی (رزنانسی ) میشود و لذا تراوایی مغناطیسی و گذردهی الکتریکی آن همزمان منفی میشود و این چیزی است

شگفت انگیز چرا که در طبیعت ساختاری که همزمان این دو منفی باشد وجود ندارد.

ضریب شکست اپتیکی متامتریال در این محدوده فرکانسی منفی میشود و این خود سر منشا یی است برای تحول شگرفت و انحراف نور و شکست غیر عادی نور که در تاپیک های بعدی مفصل توضیح میدم

[Unknown]

تا حدودی سر در میارم من رشتم فیزیک اتمی مولکولی بود تاپیک جالبی میشه!هرچند از فیزیک متنفرم!

[samane98]

?

[soheil.2012]

ضریب شکست منفی رو میشه توضیح بدید؟

[saba2012]

ابتدا از سابقه نظری فرامواد شروع میکنم:

 

تاریخچه فرامواد

 

تاریخچه­ی تحقیق درباه فرامواد به سال 1967 برمی­گردد، زمانی که ویکتور وسلاگو[1] اولین جرقه در ذهنش برای دست یافتن به یک آرزو زده شد. او معادلات ماکسول را بر اساس موادی فرضی که دارای نفوذپذیری و گذردهی همزمان منفی بودند، ارائه نمود. وی به صوت تئوری اثبات نمود که امواج صفحه ای در این مواد فرضی از ویژگی ”چپگرد" پیروی می نمایند وســـلاگو همچنین نشان داد که نتیجه فرض فوق این ویژگی های الکترومغناطـیسی ضریب شکست منفی و معکوس شدن اثر داپلر را به همراه دارد. هرچند ویکتور وسلاگو تئوری مواد چپگرد را ارائه داد اما او نتوانست موسادی در طبیعت پیدا کند که ویژگی هایی که او فرض کرده بود را ارضا کند [1].

قبل از وسلاگو دانشمند دیگری نیز تئوری مواد چپگرد را به گونه­ی دیگری ارائه داد. مندلشتم[2] در سال 1944 در مقاله­ی خود، قانون اسنیل[3]در تابش و بازتابش نور از یک محیط به محیط دیگر را با برای محیط دوم حل کرد و چنین نتیجه گرفت که میان فاز انتشاری و انرژی باید اختلاف فازی معادل باشد. هرچند که می­توان نتایج و آزمایش­های وی را به عنوان بیان دیگری برای مواد چپگرد و فرامواد نام برد، اما یافته های وی تاثیر چندانی در پیش­برد و عمق بخشی به یافت فرامواد نداشت و لذا از وسلاگو به عنوان بنیانگذار فرامواد یاد می­شود [2].

نظریه وسلاگو تا سال 1990 در حد یک نظریه باقی مانده بود و دانشمندانی به آزمایش و طراحی ساختارهای گوناگون برای دستیابی به مواد با گذردهی الکتریکی و تراوایی مغناطیسی منفی اقدام نمودند اما بدین امر موفق نشدند تا اینکه دانشمندان در این سال موفق به اثبات این نظریه شدند ولی چون تجاربی درباره­ی ساخت این مواد نداشتند، نتوانستند به تولید این مواد بپردازند. بالاخره در سال1996 جان پندری[4] فیزیکدان انگلیسی در دانشگده امپریال لندن[5] موفق به تولید محیط با گذردهی الکتریکی منفی با استفاده از ساختار سیمی شد. وی در سال 1999 نیز محیطی با تراوایی مغناطیسی منفی با استفاده از تشدیدگر باحلقه­های شکافدار[6] ایجاد نمود [1].

در سال 2000 دیوید اسمیت[7] همکارانش در دانشگاه کالیفرنیا،[8] توانست آرایه­ای متناوب حجمی تشکیل یافته از سیم­های فلزی و ساختارهای متناوب تشدید کننده های حلقوی شکافدار ایجاد نمایند که شرط نفوذ پذیری و گذردهی موثر منفی همزمان را ارضاع می نمود. وی با استفاده از این ساختار موفق به ساخت مواد با ضریب شکست منفی شد.

 

 

1967: وسلاگو: نظریه مواد با تروایی مغناطیسی و گذردهی الکتریکی منفی:

 

1997 : پندری: ساخت میحط با گذردهی الکتریکی منفی با ساختار سیمی

 

1999: پندری: ساخت میحط باتراوایی مغناطیسی منفی با ساختار تشدیدگر با حلقه شکافدار

 

2000:دیوید اسمیت: ساخت محیط با ضریب شکست منفی

 

 

تعداد مقالات در مورد فرامواد سیر صعودی قابل توجهی داشته و این خود نشانگر اهمیت موضوع و تمرکز مجامع علمی جهان بر روی این مواد و کاربرد های فراوان آن می­باشد.

 

 

 

[1] Viktor Veselago

 

[2] Mandelshtam

 

[3] Snell’s Law

 

[4] John Pendry

 

[5] Imperial college , London

 

[6] SSR ( Split Ring Resonator)

 

[7] David Smith

 

[8] University of California, San Diego

[Heidari]

بسیار جالب بود. علاقه مند مطالعه این ادامه این تاپیک هستم.

[مارال]

منم خیلیییییییییییی علاقه مندمممممممممممممممممممم مرسی از توضیحاتتون یعنی میشه ی روز به این ارزوووو رسید؟؟؟ من خیلی دوست دارم

[saba2012]

ابتدا از سابقه نظری فرامواد شروع میکنم:

 

تاریخچه فرامواد

 

تاریخچه­ی تحقیق درباه فرامواد به سال 1967 برمی­گردد، زمانی که ویکتور وسلاگو[1] اولین جرقه در ذهنش برای دست یافتن به یک آرزو زده شد. او معادلات ماکسول را بر اساس موادی فرضی که دارای نفوذپذیری و گذردهی همزمان منفی بودند، ارائه نمود. وی به صوت تئوری اثبات نمود که امواج صفحه ای در این مواد فرضی از ویژگی ”چپگرد" پیروی می نمایند وســـلاگو همچنین نشان داد که نتیجه فرض فوق این ویژگی های الکترومغناطـیسی ضریب شکست منفی و معکوس شدن اثر داپلر را به همراه دارد. هرچند ویکتور وسلاگو تئوری مواد چپگرد را ارائه داد اما او نتوانست موسادی در طبیعت پیدا کند که ویژگی هایی که او فرض کرده بود را ارضا کند [1].

قبل از وسلاگو دانشمند دیگری نیز تئوری مواد چپگرد را به گونه­ی دیگری ارائه داد. مندلشتم[2] در سال 1944 در مقاله­ی خود، قانون اسنیل[3]در تابش و بازتابش نور از یک محیط به محیط دیگر را با برای محیط دوم حل کرد و چنین نتیجه گرفت که میان فاز انتشاری و انرژی باید اختلاف فازی معادل باشد. هرچند که می­توان نتایج و آزمایش­های وی را به عنوان بیان دیگری برای مواد چپگرد و فرامواد نام برد، اما یافته های وی تاثیر چندانی در پیش­برد و عمق بخشی به یافت فرامواد نداشت و لذا از وسلاگو به عنوان بنیانگذار فرامواد یاد می­شود [2].

نظریه وسلاگو تا سال 1990 در حد یک نظریه باقی مانده بود و دانشمندانی به آزمایش و طراحی ساختارهای گوناگون برای دستیابی به مواد با گذردهی الکتریکی و تراوایی مغناطیسی منفی اقدام نمودند اما بدین امر موفق نشدند تا اینکه دانشمندان در این سال موفق به اثبات این نظریه شدند ولی چون تجاربی درباره­ی ساخت این مواد نداشتند، نتوانستند به تولید این مواد بپردازند. بالاخره در سال1996 جان پندری[4] فیزیکدان انگلیسی در دانشگده امپریال لندن[5] موفق به تولید محیط با گذردهی الکتریکی منفی با استفاده از ساختار سیمی شد. وی در سال 1999 نیز محیطی با تراوایی مغناطیسی منفی با استفاده از تشدیدگر باحلقه­های شکافدار[6] ایجاد نمود [1].

در سال 2000 دیوید اسمیت[7] همکارانش در دانشگاه کالیفرنیا،[8] توانست آرایه­ای متناوب حجمی تشکیل یافته از سیم­های فلزی و ساختارهای متناوب تشدید کننده های حلقوی شکافدار ایجاد نمایند که شرط نفوذ پذیری و گذردهی موثر منفی همزمان را ارضاع می نمود. وی با استفاده از این ساختار موفق به ساخت مواد با ضریب شکست منفی شد.

 

 

1967: وسلاگو: نظریه مواد با تروایی مغناطیسی و گذردهی الکتریکی منفی:

 

1997 : پندری: ساخت میحط با گذردهی الکتریکی منفی با ساختار سیمی

 

 

1999: پندری: ساخت میحط باتراوایی مغناطیسی منفی با ساختار تشدیدگر با حلقه شکافدار

 

 

2000:دیوید اسمیت: ساخت محیط با ضریب شکست منفی

 

 

 

تعداد مقالات در مورد فرامواد سیر صعودی قابل توجهی داشته و این خود نشانگر اهمیت موضوع و تمرکز مجامع علمی جهان بر روی این مواد و کاربرد های فراوان آن می­باشد.

 

 

 

[1] Viktor Veselago

 

[2] Mandelshtam

 

[3] Snell’s Law

 

[4] John Pendry

 

[5] Imperial college , London

 

[6] SSR ( Split Ring Resonator)

 

[7] David Smith

 

[8] University of California, San Diego

 

ممنون از لطف و محبت دوستان

ببخشید اگر دیر پاسخ میدم یک مقدار سرم شلوغه.

ادامه مطالب مربوط به نامرئی شدن:

 

بله آرزوی نامرئی شدن به زودی محقق میشه

اگر دوستان سند از بنده بخواند خواهم گفت که :

طبق گزارش و اعلام متخصصین در این زمینه تا سال 2020 نامرئی شدن به روش غیر فعال محقق میشه.

دوستان لابد میدوند که نامرئی شدن دو تا راهبرد عمده داره . یکی روش فعال دوم روش غیر فعال

در روش فعال با استفاده از دوربین هایی که روی شی کار گذاشته میشه از محیط تصویر برداری و در قسمت شی تصویر پشت اون روی خود شی پخش میشه

این روش رو اولین بار محققان ژاپنی استفاده کردند و انگلیسی ها هم در چند سال اخیر تانکی به این روش مخفی کردند.

چند تا عکس از این استتار در آخر تاپیک گذاشتم

 

اما روش غیر فعال که اساس متامتریاله با این متفاوته و بر پایه ویژگی های فرامواده.

اگه بخوام مثال بزنم : سنگی رو تصور کنید که وسط رودخونه است و آب رو منحرف میکنه اما چند متر جلوتر در جریان آب اثری از سنگ نمیبینید. همین رو واسه نور تصور کنید

یعنی نور به لایه مخفی ساز برخورد کنه و از دور اون عبور کنه و در ادامه در راستای قبلیش ادامه مسیر بده

بدین صورت شما هیچ بازتاب یا پراکندگی از جسم نمیبینید و لذا جسم را مشاهده نخواهید کرد و هیچ سیستم اپتیکی هم قابلیت مشاهده این جسم رو نداره

 

لازم بذکر در فرکانس باند مایکرویو اولین مخفی ساز متا متریال توسط پندری در سال 2006 ساخته شد.

 

در حال حاضر فرامواد مخفی ساز در مادون قرمز حرارتی ساخته شده . همچنین فرامواد 3 بعدی در مادون قرمز نزدیک NIR در ابعاد 5*5 سانتی متر در روی لایه انعطاف پذیر در در سال 2011 ساخته شد.

 

تعداد مقالات و همچنین بودجه های تحقیقاتی و موضوعاتی که در فراواد مطرح همه حاکی از یک عزم جدی برای تحقق اونهاست.

ضمنا فرامواد آکوستیکی هم در سال 2006 ساخته شده. یعنی فراموادی که میتونه امواج صوتی را نیز منحرف کنه و ضد سونار در زیر دریایی ها به کار بره.

 

میخواستم شکست منفی رو بگم اما بحث به دراز ا کشید. فیلم های زیادی از ما متریال در you tube هست دوستان میتونند ببینند; کافیه واژه های Metamaterials , invisibility , Cloaking رو جستجو کنند

 

البته واسه راحتی دوستان فیلمی که راجب به تحقق متامتریال هست رو لینک دانلودش رو در زیر گذاشتم

 

به چند عکس در مورد استتار اپتیکی فعال که در بالا اشاره کردم توجه کنید.

 

از دوستان میخوام با مشارکتشون در بحث بمن انرژی بیشتری بدند تا زود به زود تاپیک های بعدی رو بزارم

 

ادامه دارد......

 

@};-

[Unknown]

=D>

[luna82]

=D>

[saba2012]

. فیلم های زیادی از ما متریال در you tube هست دوستان میتونند ببینند; کافیه واژه های Metamaterials , invisibility , Cloaking رو جستجو کنند

 

البته واسه راحتی دوستان فیلمی که راجب به تحقق متامتریال هست رو لینک دانلودش رو در زیر گذاشتم

 

از دوستان میخوام با مشارکتشون در بحث بمن انرژی بیشتری بدند تا زود به زود تاپیک های بعدی رو بزارم

 

لینک فیلم

 

http://www.uploadmb.com/dw.php?id=1373891723

 

ادامه دارد......

 

@};-

[z.fazlalizadeh]

سلام  خسته نبااشین ..

من میخوام موضوع پایان نامم در مورد متا متریال باشه  مقالاتی راجع به این ساختارهای دیسک مانند و شکافدار رو خوندم به نظر خیلی جالب میاد..

از شما هم کمک خواهم گرفت.

 

[z.fazlalizadeh]

انگاری خیلی وقته این قسمت فعال نبوده ..

میشه خواهش کنم یکم در مورد مثبت و منفی بودن ضریب گذردهی الکتریکی توضیح بدهید.