По материалам «APS News», — June 2000

На заседании Американского физического общества в марте 2000 г. в Миннеаполисе учеными из университета Калифорнии в Сан-Диего (UCSD) было объявлено о первом в мире подтверждении существования вещества «левой руки». В такой среде световые волны подвергаются обратному эффекту Допплера, т. е. источник света, движущийся по направлению к наблюдателю, имеет красный сдвиг, а не синий, как в обычном эффекте Допплера.

Для понимания явления обратного допплеровского сдвига рассмотрим электромагнитную волну, состоящую из волн электрического и магнитного полей. Поток электромагнитной энергии направлен по правилу правой руки. Распространение электромагнитной волны можно представить в виде суммы волновых пакетов, движущихся в направлении потока электромагнитной энергии. Для «материала-левши» волновые пакеты движутся в противоположном направлении.

Впервые существование такого вещества было предсказано в 60-х годах российским физиком, профессором МФТИ Виктором Веселаго, который рассматривал материал с отрицательными диэлектрической проницаемостью (e < 0) и магнитной восприимчивостью (m < 0). При прохождении света через такой материал проявляются новые физические эффекты, такие как обратный допплеровский сдвиг, обратный закон Снелла (преломление света в другую сторону от нормали к поверхности) и обратный эффект Черенкова. В 60-х годах таких материалов не существовало, и «эффект Веселаго» был чисто гипотетическим. Недавно Джон Пендри (John Pendry) из Империал-Колледжа (Лондон) показал, как сконструировать материал с e < 0 с m < 0 из композита. После этого такой материал был создан в UCSD для микроволновых частот. Используемый материал содержит медные провода и кольца, является немагнитным и не имеет необычных свойств. Система смонтирована на платформе размером с игральную карту. При ее помещении в резонаторную полость и направлении на нее микроволнового излучения возникает вторичная резонансная электромагнитная волна, вызываемая индуцированными токами. В результате возникает необычный «обратный эффект», при котором электромагнитная волна распространяется направо, а индуцированное поле движется налево. Такая «левосторонняя» среда была названа «метаматериалом». Другим примером такой среды является фотонный кристалл, состоящий из тонких стержней или твердого материала с сотами, который «запирает» свет на некоторых частотах.

На пресс-конференции в Миннеаполисе Шелдон Шульц и Давид Смит сообщили, что на основе метаматериала они разрабатывают демонстрации обратных эффектов, предсказанных Веселаго. Дальнейшие их планы связаны с переходом к более коротким длинам волн.

Материал, сконструированный в Сан-Диего, является композитом, состоящим из набора медных колец и нитей. Этот материал, по-видимому, будет очень важен для практического использования в оптике и телекоммуникациях.

В качестве приложений в микроволновой связи материал может использоваться как среда, формирующая волны, в то время, как обычный материал рассеивает их, и наоборот, он должен быть полезен в улучшении существующих линий задержки, антеннах и фильтрах.

Вальтер Кон, нобелевский лауреат 1998 г. по химии, сказал, что это «крайне интересный результат, и я удивлюсь, если у него не будет интересных приложений».

Таким образом, одно из важнейших открытий 2000 г. по физике — это «left-handed» материал со свойствами обратных эффектов Допплера, Снелла и Черенкова, авторами которого являются Виктор Веселаго (МФТИ), John Pendry (Imperial Collede, London), Shelder Schulz, David Smith (Univ. Cal. San Diego).

Дополнительную информацию с иллюстрациями можно найти в Интернете:

www.aip.org/physnews/graphics, www_physics.ucsd.edu/~rshelby/lbmedia, infomag@glasnet.ru (адрес В. Г. Веселаго).

Выпуск №1524