Per pastaruosius kelerius metus mokslininkai išrado naujų keistų savybių medžiagų, kurios išsiskiria iš žinomų neigiamu lūžio rodikliu. Į tokią medžiagą krintanti banga lūžta ne į vidų, bet į išorę. Ši savybė galėtų tyrėjus įkvėpti ieškoti naujų vertingų išradimų, pvz.: sukurti puikių savybių plokščiuosius lęšius, labai mažas, bet efektyvias radijo ryšio antenas, naudoti šias medžiagas medicinos diagnostikoje ir pan.

   Iki šiol tokiomis savybėmis pasižymėdavo tik dvimačiai dariniai, bet jų sudėtinės dalys - rezonatoriai (žr. pav.) reaguoja tik į šviesą, sklindančią tam tikroje plokštumoje. Todėl tokie planarieji dariniai vargu ar galėtų kaip lęšiai fokusuoti šviesą ar veikti kaip antenos.

   Neseniai pasiekta naujų šios srities rezultatų. Ciuricho elektromagnetinių bangų ir mikrobangų elektronikos laboratorijos darbuotojai Olivieris Martinas ir Philippe Gay-Balmazas 2002 m. liepos 29 d. Applied Physics Letters žurnalui nusiuntė žinutę, kurioje aprašė trimatį rezonatorių, reaguojantį į bet kuria kryptimi sklindančią elektromagnetinę spinduliuotę.

Nuo Maskvos iki San Diego

   Neigiamo lūžio rodiklio medžiagos dar vadinamos "kairiarankėmis" aplinkomis, nes jose sklindančios elektromagnetinės bangos vektoriai atitinka ne įprastinės dešiniosios rankos taisyklę, bet kairiosios. Mintis, kad tokios medžiagos (ar dariniai) galėtų būti pagamintos, mokslininkams kilo jau anksčiau, tačiau tik neseniai ši idėja buvo įgyvendinta. 1964 m. Maskvos Lebedevo fizikos instituto darbuotojas Viktoras Veselago paskelbė įdomų teiginį: medžiaga, kurios dielektrinė ir magnetinė skvarbos yra neigiamos, turėtų turėti ir neigiamą lūžio rodiklį.

   1968 m. jo rašytas straipsnis buvo išverstas į anglų kalbą, o 1996 m. Londono Imperial universiteto darbuotojas Johnas Pendry iškėlė hipotezę, kad neigiamos dielektrinės skvarbos aplinka gali būti sukurta iš lygiagrečių vario laidelių. 1999 m. jis teoriškai įrodė, kad periodinių žiedinių darinių aplinka turėtų būti neigiamos magnetinės skvarbos.

   Pirmą kartą dvimatę neigiamo lūžio rodiklio aplinką 2000 m. kovo mėn. sukūrė Kalifornijos universiteto (San Diegas) mokslininkai Sheldonas Schultzas ir Davidas Smithas. "Mes sujungėme abu Pendry pasiūlytus darinius ir parodėme, kad jo teorija yra teisinga", - sakė D. Smithas. Jų darinys suformuotas iš lygiagrečių laidelių ir sudvejintų žiedukų rinkinio. Kiekviena šio periodinio darinio ląstelė veikia kaip elektromagnetinių bangų rezonatorius ar miniatiūrinė antena. Visų ląstelių bangos tarpusavyje sąveikauja ir periodinis darinys veikia kaip neigiamo lūžio rodiklio aplinka.

   Schultzo-Smitho rezonatoriai reaguoja tik į tam tikroje plokštumoje sklindančią spinduliuotę. Kitaip tariant, šie planarieji dariniai yra smarkiai anizotropiniai.

   O. Martinas ir P. Gay-Balmazas dvimatės matricos ląsteles formavo ne iš vieno rezonuojančio žieduko, bet jas sumontavo iš trijų žiedukų, kurių plokštumos orientuotos reikiamais kampais. Toks periodinis darinys reaguoja į spinduliuotę, sklindančią įvairiomis kryptimis. Izotropinei aplinkai sukurti tokių rezonatorių ląstelės tarpusavyje gali būti jungiamos tam tikra tvarka arba pagal atsitiktinumo principą.

   "Kuo ilgiau nagrinėjau šį darinį, tuo labiau aiškėjo, kad netrukus gali būti sukurti ir realūs prietaisai", - komentuoja Vladimiras Šalajevas, kuris "kairiarankes" aplinkas optinio diapazono dažniais tiria Vest Lafajeto (Indianapolio valstija) Purdue universitete.

   Šiuo metu O. Martinas su bendradarbiais ketina suformuoti trimatį izotropinį "kairiarankės" aplinkos darinį, jungdamas kelis šimtus Schultzo ir Smitho izotropinių vielinių rezonatorių. Juos kuria iš 10-30 µm skersmens ir 20 cm ilgio vielučių. Tokie dariniai galėtų būti naudojami labai efektingoms bei labai mažoms antenoms kurti. Jų ilgis būtų vos dešimtadalis bangos ilgio (šiuolaikinės antenos yra pusės bangos ilgio). Martino nuomone, tokie dariniai galėtų būti net įliejami į lustus.

Naujosios optikos link

   Šveicarų mokslininkų grupė suformavo gigaherciniais dažniais veikiančius darinius, o dabar tyrinėja mažesnių matmenų darinius, galėsiančius veikti didesniais dažniais. "Mūsų svajonė, be abejo, yra sukurti optinio diapazono neigiamo lūžio rodiklio aplinką", - tikisi O. Martinas. Vienas ypač viliojantis uždavinys būtų sukurti idealius lęšius, šviesos pluoštą sugebėsiančius sufokusuoti į taškelį, kurio skersmuo yra mažesnis kaip pusė bangos ilgio.

   Šiuo metu kelios tyrėjų grupės (vienoje iš jų dirba V.Šalajevas su kolegomis) bando sukurti optinio diapazono "kairiarankes" aplinkas. Jos eksperimentuoja su metalo vielytėmis, kurių storis vos 10 nm. Pasak V.Šalajevo, tokioms aplinkoms reikės kurti naujosios optikos teorinį pagrindą.