Định nghĩa
----------

**Metamaterial** là một loại vật chất nhân tạo, mà tính chất của nó phụ thuộc cấu trúc nhiều hơn là thành phần cấu tạo. Cho tới nay có rất nhiều khái niệm liên quan tới tên Metamaterial (chúng ta tạm gọi "siêu vật liệu"). Tại sao lại có tên này, "meta" là bổ đầu ngữ nguyên gốc từ Hy Lạp, có nghĩa "siêu", "vượt cấp", như vậy tên metamaterial thường được sử dụng cho một vật liệu có tính chất khác thường. Thuật ngữ đã được đặt ra vào năm 1999 do Rodger M. Walser của Trường Đại học Texas tại Austin. Ông đã xác định metamaterial như vật liệu kết hợp nhân tạo, 1, 2 hoặc ba chiều, cấu trúc chu kì được thiết kế để tạo ra những đặc tính vật lý không có sẵn trong tự nhiên.

Nguyên lý chung
---------------

Siêu vật liệu metamaterial được chế tạo bằng cách sắp xếp những cấu trúc vi mô, được gọi là các "nguyên tử", để có thể tạo ra các tính chất vật lý vĩ mô (chủ yếu là tính chất điện từ) theo ý muốn. Những tính chất này có thể đã tồn tại nhưng khó khai thác và điều khiển, và thậm chí không tồn tại trong những vật liệu tự nhiên mà con người từng biết. Sự sắp xếp các cấu trúc vi mô có thể theo 1 trật tự (tuần hoàn, trật tự gần, trật tự xa hoặc fractal) hoặc hỗn loạn. Các cấu trúc "nguyên tử" này có thể là đối xứng hoặc bất đối xứng, đẳng hướng hoặc bất đẳng hướng, được làm từ kim loại hoặc điện môi, có thể là chất phi từ hoặc sắt từ, và quan trọng nhất là có kích thước nhỏ hơn từ 7-10 lần so với bước sóng hoạt động của siêu vật liệu (xem "Effective Medium Theory of Left-Handed Materials", Phys. Rev. Lett. 93 107402 (2004)).

Chúng ta đều biết tính chất điện từ của mỗi một loại vật liệu được đặc trưng bởi hai đại lượng vật lý: độ từ thẩm và hằng số điện môi. Sự lan truyền của sóng điện từ trong vật liệu liên quan chặt chẽ tới hai đại lượng này. Nguyên lý cơ bản của metamaterial là tạo ra các mạch cộng hưởng điện từ từ những cấu trúc "nguyên tử", có khả năng điều khiển riêng biệt hai đại lượng này, điều mà không thể làm được với các vật liệu tự nhiên. Sự truyền sóng điện từ trong metamaterials do đó cũng có thể dự đoán, thiết kế trước và điều chỉnh theo ý muốn. Hiện nay nghiên cứu về metamaterial đã mở rộng ra cho cả lĩnh vực sóng âm.

Metamaterial điện từ
--------------------

Một so sánh so với dạng vật chất thông thường (phía trên chỉ khúc xạ thường, phía dưới dạng khúc xạ kiểu *meta*)
Metamaterial có tầm quan trọng đặc biệt trong điện từ học(đặc biệt là quang và quang tử). Nó hứa hẹn cho một loạt các ứng dụng về quang hoc và vi sóng như tia dẫn hướng, bộ biến điện, bộ lọc thông dải, các loại thấu kính, bộ ghép vi sóng, và dây ăngten rada.
Để kết cấu ảnh hưởng đến sóng điện từ, metamaterial phải có cấu trúc nhỏ hơn bước sóng của bức xạ điện từ tương tác với nó. Ví dụ, nếu metamaterial thể hiện như một vật liệu đồng nhất đặc trưng một cách chính xác bởi một hệ số chiết suất tác động, kích thước đặc trưng phải nhỏ hơn nhiều so với những bước sóng. Với ánh sáng nhìn thấy, có bước sóng nhỏ hơn một micrometre (560 nanometers cho ánh sáng mặt trời), các cơ cấu này có thể bằng một nửa hoặc ít hơn một nửa kích thước này; nghĩa là, ít hơn 280 nanometres. Đối với bức xạ vi-ba, các cơ cấu chỉ cần được xếp trật tự trên 1 decimetre. metamaterial cho vi sóng gần như luôn luôn là nhân tạo, cấu trúc như một dãy các thành phần dây dẫn có phù hợp đặc điểm điện môi và điện dung.

Metamaterial thường là 1 cấu trúc có chu kì, và như vậy nó có nhiều tương đồng với quang tử bán dẫn và mặt chọn tần số. Tuy nhiên có chú ý rõ ràng với metamateril, đặc điểm của chúng là có kích thước tương ứng với bước sóng ánh mà chúng hoạt động, và vì vậy có thể không được coi như là một vật liệu đồng nhất.

Hiện tượng tán xạ của sóng điện từ trong môi trường có chiết suất âm so sánh về tính chiết quang nghịch metamaterial với một vật liệu bình thường.
Lý do chính nhà nghiên cứu đã khảo sát metamaterial là khả năng tạo ra một cấu trúc với một hệ số chiết suất âm, tính chất này không xuất hiện trong tự nhiên. Hầu như tất cả các vật liệu quang học, chẳng hạn như kính hoặc nước, đều có giá trị dương cho độ thẩm ε và độ xuyên μ. Tuy nhiên, nhiều kim loại (chẳng hạn như bạc và vàng) có độ thẩm ε âm với bước sóng nhìn thấy. Một vật liệu có thể 1 (nhưng không phải cả hai) ε hoặc μ âm thì chắn được bức xạ.

Mặc dù tính chất quang của vật liệu trong suốt được xác định đầy đủ bởi các tham số ε và μ, thực tế hệ số chiết suất n thường được sử dụng, với n được xác định bởi.Tất cả các vật liệu trong suốt có giá trị dương cho ε và μ.

Tuy nhiên, một số metamaterial được thiết kế có ε <0 và μ <0; εμ khi đó mới dương, n là thực tế. Dưới hoàn cảnh như vậy, cần thiết phải lấy âm cho căn bậc 2 n. Nhà vật lý Victor Veselago đã chứng minh rằng các chất có thể truyền ánh sáng. Như vậy có thể coi Veselago (LB Sô viết) là cha đẻ của khái niệm n<0. Cho những ai quan tâm về bài báo đầu tiên khơi nguồn cho MTM tại 

Tiền đề xem xét ở trên thì giản dị thái quá cho vật liệu thực, vì giá trị εμ phải dương. Thực sự của cả hai phần ε và μ không cần phải âm cho một vật liệu để thể hiện chiết suất âm.

Metamaterial có n âm có nhiều tính chất:
• Định luật Snell (N1sinθ1 = N2sinθ2) vẫn còn được áp dụng, nhưng như N2 là âm, các tia sẽ được khúc xạ trên cùng một bên với tia tới.
• Độ dịch chuyển Doopler bị đổi ngược: đó là, một nguồn ánh sáng di chuyển về hướng giảm tần số của nó.
• bức xạ Cherenkov chỉ về hướng khác.
• Vecto Poynting thì ngược với vận tốc pha. Điều này có nghĩa là không giống như vật liệu thuận bình thường, các mặt truyền sóng di chuyển trong phía đối diện hướng dòng chảy của năng lượng.

Đối với mặt phẳng sóng truyền trong metamaterial, điện trường và từ trường và vec tơ sóng tuân theo quy tắc bàn tay trái, vì vậy gọi là left-handed (meta)material. Một số nhà nghiên cứu xem xét sự định tính quy tắc bàn tay trái cho những tính toán vật liệu dạng này.

Ảnh hưởng của hệ số chiết suất âm là sự truyền sóng trong đường chuyển tiếp ngược, và các cấu trúc đã được sử dụng để xác minh một số trong các hiệu ứng được mô tả ở đây.

Những phát triển và ứng dụng đầu tiên
-------------------------------------

W.E. Kock là người đầu tiên khám phá ra metamaterial vào cuối 1940. [5] Các tính độc đáo của metamaterial đã được xác minh đầy đủ trong phân tích toàn sóng của Caloz et al. (2001). [6] Tuy nhiên, các cấu trúc Left -Hand đến năm 2002 mới được sử dụng cho ứng dụng vi sóng, vì họ đã có băng thông rất hẹp và đã ít tổn hao. Eleftheriades et al. (2002), và Caloz et al. (2002) cung cấp một phương pháp để nhận metamaterial bằng cách sử dụng phần tử tập trung nhân tạo truyền tải dòng trong công nghệ vi dải. [7] [8
Superlens đầu tiên với chiết suất âm cho độ phân giải gấp ba lần so với giới hạn nhiễu xạ và đã được chứng minh ở tần số vi-ba tại Trường Đại học Toronto bởi A. Grbic và GV Eleftheriades. [9] về sau, siêu ống kính quang học đầu tiên (một ống kính quang đó vượt quá giới hạn nhiễu xạ) đã được tạo ra và chứng minh vào năm 2005 do Xiang Zhang et al. của UC Berkeley, theo thông báo của tạp chí Khoa học 22/4/2005, [10], nhưng ống kính của họ đã không dựa vào chiết suất âm. Thay vào đó, họ được sử dụng những phim bạc để tăng cường chế độ tắt dần thông qua sự cộng hưởng bề mặt. Ý tưởng này lần đầu tiên được đề xuất bởi John Pendry bình luận về vật lý trong Physical Review Letters.

Phát triển đặc biệt
-------------------

Cho tới hiện tại đã có rất nhiều ứng dụng MTM trong việc cải thiện các đặc tính của Ăngten, đặc biệt là Ăngten miếng (patch). Bằng việc kết hợp một lớp MTM trên mặt phẳng đất của anten, gain bức xạ cũng như đặc tính phương hướng của anten có thế tăng lên nhiều lần; Có thể tham khảo một bài cơ bản tại .

Cũng lưu ý rằng MTM loại này còn có tên Bề mặt trở kháng cao.

Mô hình và so sánh hai loại, cổ điển và một anten MTM:

.

Sau khi tích hợp MTM: 

Ứng dụng mới nhất và đang "nóng" nhất hiện nay của MTM là Vật liệu tàng hình (cloaking) do nhóm Smith và Pendry phát triển; với ứng dụng này, chúng ta có quyền nghĩ về một loại vật liệu mới mà nếu chúng ta được "bao phủ" bởi nó, thì không ai khác có thể nhìn thấy chúng ta cho dù chúng ta đang đứng ngay trước mặt họ. Điều này đặc biệt quan trọng trong quân sự cũng như đời sống. Các thí nghiệm của nhóm Smith (Đại học Duke )  đã đạt tới bước sóng gần của vùng nhìn thấy, thí nghiệm với sóng ánh sáng trong miền nhìn thấy của mắt thường đang được nghiên cứu thêm. Pendy cho nghiên cứu được tham khảo ở đây. Hoặc báo cáo của Duke 

Một minh họa đơn giản: (Có dùng tư liệu của Mr Smith)

Chú thích-Tham khảo
-------------------

1. ↑  Veselago VG (1968). "The electrodynamics of substances with simultaneously negative values of ε and μ". *Sov. Phys. Usp*. **10** (4): 509–14. doi:10.1070/PU1968v010n04ABEH003699.
2. ↑  Vật liệu chiết âm 1-2/1968
3. ↑  "Lycos.com" (PDF). Bản gốc (PDF) lưu trữ ngày 21 tháng 3 năm 2009. Truy cập 8 tháng 10 năm 2015.
4. ↑  Performance enhancement of small antennas using metamaterials —challenges and future directions
5. ↑  News Releases, Feature Stories and Profiles about Duke University's Pratt School of Engineering
6. ↑  Researchers Get 'Cloak of Invisibility' to Work

Liên kết ngoài
--------------

|  |  |
| --- | --- |
|  | Wikimedia Commons có thêm hình ảnh và phương tiện truyền tải về ***Metamaterial***. |

* Allan Boardman's Group - UK Lưu trữ 2009-03-17 tại Wayback Machine
* Shuangchun Wen Research Group, Hunan University- CN Lưu trữ 2009-03-15 tại Wayback Machine
* Christophe Caloz' research group — Canada
* George Eleftheriades's research group — Canada
* Nader Engheta - US
* Người Việt sáng chế siêu vật liệu hấp thụ sóng điện từ Bích Ngọc Thứ hai, 10/9/2018, 05:00 (GMT+7)
* Controlled Defect Based Ultra Broadband Full-sized Metamaterial Absorber Scientific Reportsvolume 8, Article number: 9523 (2018) Published: ngày 22 tháng 6 năm 2018 doi:10.1038/s41598-018-27920-1

| * x
* t
* s
Các công nghệ mới nổi |
| --- |
| Công nghệ |
| Các lĩnh vực | 

|  |  |
| --- | --- |
| Nông nghiệp | 
* Robot nông nghiệp
* Hệ sinh thái khép kín
* Thịt trong ống nghiệm
* Thực phẩm biến đổi gen
* Nông nghiệp công nghệ cao
* Mô hình canh tác theo chiều dọc

 |
| Kiến trúc | 
* Kiến trúc nhân tạo
* In xây dựng (Contour crafting)
* Thành phố vòm
* Cầu thôi miên
* Kiến trúc vô hình
* Tháp ủ
* Khu đô thị xanh

 |
| Y sinh học | 
* Tử cung nhân tạo
* Não nhân tạo
* Ampakine (Thuốc)
* Cấy ghép cơ thể
	+ Cấy ghép đầu
	+ Cấy ghép não
* Bảo quản nhiệt độ thấp
* Chất bảo quản lạnh
	+ Thủy tinh hóa
* Phục hồi sinh vật
	+ Bảo quản lạnh
* Mã bộ gen hoàn chỉnh
* Biến đổi gen
	+ Liệu pháp gen
* Não trong ống nghiệm
* Sự sống bất tử
	+ Những phương pháp loại bỏ sự lão hóa
* Y học nano
* Công nghệ nano
* Y học cá nhân hóa
* Y học tái sinh
	+ Liệu pháp tế bào gốc
	+ Công nghệ mô
* Robot phẫu thuật
* Suspended animation
* Sinh học tổng hợp
	+ Công nghệ chết lâm sàng
* Robot Virus sinh học
	+ Virus Oncolytic
* Máy quyét y tế

 |
| Hiển thị | 

|  |  |
| --- | --- |
| Công nghệ hiển thị | 
* FED
* FLD
* iMoD
* Laser
* LPD
* OLED
* OLET
* QD-LED
* SED
* TPD
* TDEL
* TMOS

 |
| Màn hình hiển thị | 
* Kính áp tròng thực tế ảo
* Công nghệ hiển thị nổi trong màn hình
* Công nghệ hiển thị nổi trên màn hình
* Công nghệ hiển thị trong không trung
	+ Màn hình hiển thị ba chiều trong không trung
* Công nghệ hiển thị gắn trên đầu
* Màn hình võng mạc ảo

 |
| Khác | 
* Tự động hiển thị hình ảnh nổi
* Màn hình dẻo
* Màn hình hiển thị ba chiều
* Màn hình đa màu
* Truyền hình độ nét cực cao
* Màn hình thể tích
* Thực tế ảo
* Tương tác thực tế ảo

 |

 |
| Điện tử | 
* Cảm biến điện tử
* Dệt may điện tử
* Thiết bị điện tử đa năng
* Điện phân tử
* Hệ thống cơ điện tử nano
* Bộ nhớ điện trở
* Chuyển động quay của điện tử
* Điện tử tạm thời

 |
| Năng lượng | 

|  |  |
| --- | --- |
| Sản xuất | 
* Turbine gió
* Quang hợp nhân tạo
* Nhiên liệu sinh học
* Nhiên liệu carbon
* Điện mặt trời
* Điện nhiệt hạch
* Tế bào nhiên liệu nhà
* Nền kinh tế hydro
* Nền kinh tế Methanol
* Lò phản ứng muối nóng chảy
* Đường cao tốc thông minh
* Năng lượng mặt trời dựa trên không gian
* Động cơ xoáy

 |
| Lưu trữ | 
* Beltway battery
* Carbon neutral fuel
* Lưu trữ năng lượng không khí
* Lưu trữ năng lượng bánh đà
* Lưu trữ năng lượng lưới
* Lưu trữ năng lượng nhiệt
* Pin kim loại-không khí
* Pin muối nóng chảy
* Dây pin nano
* Research in lithium-ion batteries
* Pin silicon-không khí
* Siêu tụ điện hai lớp

 |
| Khác | 
* Mạng lưới điện thông minh
* Năng lượng không dây
* Sóng kéo
* Năng lượng siêu âm

 |

 |
| CNTT vàtruyền thông | 
* Ambient intelligence
	+ Internet Vạn Vật
* Trí tuệ nhân tạo
	+ Các ứng dụng của trí tuệ nhân tạo
	+ Tiến bộ trong trí tuệ nhân tạo
	+ Máy dịch
	+ Máy tầm nhìn
	+ Semantic Web
	+ Nhận dạng giọng nói
* Máy tính quang học
* Máy tính lượng tử
* Mật mã lượng tử
* Điện tử học
* Mạng dữ liệu NDN
* Điện thoại 3D
* Dự án Avatar
* Công nghệ truyền thông di động
	+ 4G
	+ 5G
	+ 6G

 |
| Chế tạo | 
* In 3D
* In 4D
* Robot nano 3D
* Lắp ráp phân tử
* Robot nano phân tử đa năng
* Robot biến hình
* Máy in quần áo

 |
| Vật liệu | 
* Vật liệu Aerogel
* Kim loại vô định hình
* Cơ nhân tạo
* Polyme dẫn điện
* Công nghệ femto
* Phân tử Fullerene
* Vật liệu Graphene
* Siêu dẫn nhiệt độ cao
* Siêu lỏng
* Siêu vật liệu
	+ Siêu vật liệu tàng hình
* Vật liệu đa chức năng
* Công nghệ nano
	+ Ống nano carbon
	+ Công nghệ nano phân tử
	+ Vật liệu nano
* Công nghệ pico
* Vấn đề lập trình
* Silicene
* Hợp kim hiệu suất cao
* Kim cương tổng hợp

 |
| Quân sự | 
* Vũ khí phản vật chất
* Đạn hạt nhân
* Vũ khí năng lượng định hướng
	+ Vũ khí Laser
	+ Vũ khí Maser
	+ Vũ khí hạt chùm
	+ Vũ khí siêu âm
	+ Súng trường
	+ Súng điện từ Railgun
* Vũ khí Plasma
* Vũ khí nhiệt hạch tinh khiết
* Công nghệ tàng hình
* Súng vòng xoáy
* Máy bay siêu thanh
* Pháo laser
* Pháo điện từ

 |
| Lượng tử | 
* Cơ học lượng tử
* Máy tính lượng tử
* Mật mã lượng tử
* Đường hầm lượng tử
* Chấm lượng tử
* Mô phỏng lượng tử
* Đo lường lượng tử
* Cảm biến lượng tử
* Hình ảnh lượng tử
* Điện toán lượng tử
* Internet lượng tử
* Vật liệu lượng tử

 |
| Khoa học thần kinh | 
* Bộ não nhân tạo
	+ Dự án Blue Brain
* Giao diện não-máy tính
* Điện não
* Sao chép tinh thần
* Thần kinh nhân tạo
	+ Mắt điện tử
	+ Cấy ghép não
	+ Vỏ não thông minh
	+ Cấy ghép võng mạc

 |
| Tự động hóa | 
* Nhà thông minh
* Robot nano
* Áo giáp sức mạnh
* Xe không người lái

 |
| Khoa học vũ trụ | 

|  |  |
| --- | --- |
| Du hành không gian | 
* Tên lửa nhiệt hạch
* Hệ thống khởi động tái sử dụng
* Thang máy vũ trụ
* Skyhook

 |
| Tàu vũ trụ đẩy | 
* Động cơ ion
* Laser đẩy
* Động cơ đẩy Plasma
* Dự án Orion (động cơ đẩy hạt nhân)
* Động cơ đẩy xung hạt nhân
* Buồm năng lượng mặt trời
* Dịch chuyển cong không gian

 |
| Khác | 
* Du hành không gian
* Kho nhiên liệu đẩy

 |

 |
| Giao thông vận tải | 

|  |  |
| --- | --- |
| Hàng không | 
* Adaptive Compliant Wing
* Công ty Aeros
* Máy bay trực thăng ba lô
* Giao hàng không người lái
* Xe bay
* Tự động hóa trong không gian
* Ba lô tên lửa
* Động cơ phản lực
* Tàu con thoi
* Vận tải siêu âm

 |
| Đường bộ | 
* Lốp nén không khí
	+ Tweel
* Xe nhiên liệu thay thế
	+ Xe hydro
* Xe lái tự động
* Ground effect train
* Tàu đệm từ
* Giao thông công cộng
* Đường sắt cao tốc
	+ Liên minh toàn cầu ET3
	+ Tàu siêu tốc Hyperloop
* Hệ thống thông tin liên lạc xe cộ

 |
| Đường ống | 
* Ống khí nén
	+ Automated vacuum collection
	+ Đường ống ngầm

 |

 |
| Khác | 
* Trọng lực không hấp dẫn
* Áo tàng hình
* Công nghệ khứu giác
* Trường lực
	+ Cửa sổ plasma
* Hiệu ứng từ nhiệt
* Trò chơi điện tử ứng dụng hóa
* Công nghệ khí hậu
* Công nghệ không dây
* Điều khiển vật thể bằng suy nghĩ
* Trường sinh bất tử

 |

 |  |
| Các chủ đề | 
* Collingridge dilemma
* Phát triển công nghệ khác biệt
* Thuật ngữ Ephemeralization
* Kỹ thuật thăm dò
* Công nghệ hư cấu
* Nguyên tắc Proactionary
* Thay đổi công nghệ
	+ Thất nghiệp công nghệ
* Hội tụ công nghệ
* Tiến hóa công nghệ
* Mô hình công nghệ
* Dự báo công nghệ
	+ Thúc đẩy sự thay đổi
	+ Định luật Moore
	+ Điểm kỳ dị công nghệ
	+ Công nghệ trinh sát
* Mức độ sẵn sàng công nghệ
* Lộ trình công nghệ
* Triết học siêu nhân học

 |
| 
* Thể loại **Thể loại**
* Danh sách **Danh sách**
* Trang Commons Hình ảnh

 |

|  |  |
| --- | --- |
| Tiêu đề chuẩn Sửa dữ liệu tại Wikidata | 
* GND: 7547278-8
* NDL: 01154681
* NKC: ph508945

 |