stanford-oval/wikipedia huggingface dataset:
מחיצה (הלכה)
דיני מחיצות > אוויר מבטל מחיצה

ישנם מקרים בהם מחיצה שיש רווח פנוי בינה לבין מחיצות אחרות נפסלת, היות שהשטח הפנוי משני צידיה מבטל את המחיצה מלהחשב למחיצה. דין זה נקרא בארמית 'אתי אוירא דהאי גיסא ואוירא דהאי גיסא ומבטל ליה' - בא האוויר מצד זה והאוויר מצד זה ומבטל (את המחיצה). דין זה נאמר רק לגבי מחיצה קצרה, שרוחבה פחות מארבע אמות, שאם יש בכל אחד משני צידיה שטח פנוי גדול מארבע אמות - השטח הפנוי מבטל את המחיצה. לדעת מהר"ל מפראג, אם רוחב המחיצה גדול מארבע טפחים - המחיצה אינה נפסלת גם אם משני צידיה יש שטח פנוי גדול מארבעה טפחים. (אולם אם השטח הפנוי גדול מעשר אמות, הרי היא נפסלת משום פרצה). אך לדעת רבים - אפילו מחיצה רחבה מאד מתבטלת כשהיא סמוכה לפרצה אשר גדולה ממנה. במחיצת פתח מבוי הרחב מעשר אמות, שבאים לחלק אותו על מנת שיחשב כשני פתחים כדי ניתן להתירו בלחי או קורה - דעת רבי יוסף תאומים שאין מחיצה ברוחב ארבע אמות מתבטלת על ידי אוויר שמשני צדדיה.
כמו כן במחיצה גרועה של קנים, שבנויה מקנים קצרים ברוחב מינימלי וביניהם רווחים קטנים משלושה טפחים שנחשבים כסתומים מדין לבוד - אינה נפסלת אף שהשטח בין קנה לקנה גדול מרוחב הקנה, היות שעד שלושה טפחים רואים את השטח הפתוח כאילו הוא סתום, מדין לבוד.
במקרה ומצד אחד של המחיצה ישנו שטח פנוי הגדול מאורך המחיצה, ומצד השני השטח הפנוי קצר מאורך המחיצה - לא אומרים שהשטח הפנוי יבטל את המחיצה, עד שיהיה רוחב השטח הפנוי גדול מרוחב המחיצה מצד אחד ושווה לרוחב המחיצה מהצד השני, אמנם קיימת דעה שאין המחיצה מתבטלת עד שיהיה רוחב השטח הפנוי גדול מרוחב המחיצה משני צידיה.
מחיצות שונות > מחיצה על ידי צורת הפתח

בדיני שבת ובכלאיים, ניתן ליצור מחיצה על ידי צורת הפתח, דהיינו שני קנים עומדים וקנה על גביהם. (כצורת האות ח') בדרך זו ניתן ליצור מחיצה, אף שיש בה חללים גדולים, היות שחלל צורת הפתח נחשב כפתח ולא כפרצה. בצורת הפתח, הקנה העליון צריך להיות בדיוק מעל הקנים העומדים, אף אם אינו נוגע בהם.
לדין זה שימוש רב בימינו, שכן משתמשים בו על מנת להפוך שכונות וערים לרשות היחיד בהם מותר לטלטל חפצים, באמצעות מחיצות של צורת הפתח, דבר הנקרא עירוב.
אולם בסוכה, (שבה יש צורך בשלוש דפנות) לא ניתן להקים סוכה שדפנותיה הם צורת הפתח בשני הדפנות הראשונות, אולם ניתן להשלים את הדופן השלישית על ידי צורת הפתח. (ראו בהמשך)
מחיצות שונות > מחיצה על ידי תל המתלקט

כאשר ישנו מתלול בשיפוע שעולה 10 טפחים לגובה במשך ארבע אמות  - נחשב המתלול למחיצה מדין תל המתלקט. (שיפוע של 24.97 מעלות) ישנם מקומות רבים בהם מתבססים על מחיצות של 'תל המתלקט' יחד עם עירוב סטנדרטי העשוי מצורת הפתח, על מנת להתיר טלטול ביישובים.
מחיצות שונות > מחיצה על ידי לחי

לחי (עמוד בגובה 10 טפחים (כ- 76 ס"מ) הניצב בסמיכות לפתח המבוי, הנעשה על מנת להתיר את טלטול החפצים במבוי באמצעות הפיכת המבוי מכרמלית לרשות היחיד) נחשב לסוג של מחיצה, אף שמידות אורכו ורוחבו מינימליים. ישנן כמה הלכות בדיני לחי הנלמדות מכך שהלחי הוא מדין מחיצה, כגון הכשרת לחי העומד מאליו (בדומה למחיצה העומדת מאליה).
מחיצות שונות > מחיצה שנעשתה בשבת

מחיצה שנעשתה בשבת - נחשבת למחיצה, אף אם יהודי בנה אותה, ועבר בבניתה על מלאכת בונה שהיא אחת מל"ט המלאכות האסורות בשבת. אולם אם אותו יהודי בנה אותה במזיד, אסור ליהנות מהמחיצה מדין מעשה שבת. ולכן, אם המחיצה יצרה רשות היחיד - אסור לטלטל בתוכה במקרה כזה.
מחיצות שונות > מחיצה על ידי בני אדם ובלי חיים

ניתן ליצור מיחצה על ידי קבוצת אנשים העומדת בצפיפות, אולם כדי שקבוצת האנשים תוגדר כמחיצה, יש צורך שהיא לא תדע שהיא משמשת למחיצה. אפילו אם אחד מתוך הקבוצה יודע שהם משמשים למחיצה - אינה מחיצה.
בגלל תנאי זה, לא ניתן להשתמש בקבוצת אנשים כמחיצה בלי ידיעתם יותר מפעם אחת, שכן בפעם השנייה ידעו שהם משמשים למחיצה.
ניתן ליצור מחיצה גם על ידי בעלי חיים, ובלבד שיהיו כפותים למקומם, כך שלא יוכלו לזוז.
מחיצות שונות > מחיצה על ידי מדרגות

במסכת עירובין נידונת ההלכה על בית שהכניסה אליו היא דרך סולם, (כעין מדרגות בימינו. בתלמוד נפסק כי לסולם יש הן דין פתח (הלכה) והן דין "מחיצה", ושניהם לקולא. כלומר, אף על פי שהסולם משמש כפתח וכניסה לקומה השנייה, אין הוא הופך את העיר שבה הוא משמש כפתח לעיר שעשויה להחשב רשות הרבים, מכיוון שבשונה מפתח רגיל של עיר, כאשר יש שני פתחים לעיר היא נחשבת לעיר מפולשת ש"רבים בוקעים בה" היא מיועדת ומוכנה למהלך רבים ללא הפרעה ולכן משמשת כרשות הרבים, אך פתח כזה אינו נוח להילוך רבים, ולכן לעניין זה נחשב הוא כמחיצה. לעומת זאת, ניתן להחשיב את הסולם כפתח המחלק בין שני חצירות, שניתן להחשיב את הסולם כפתח ולא כמחיצה, כך שאינו מפריד בין שתי הרשויות, וניתן להחשיב את שתי החצרות כחצר אחת לעניין עירובי חצירות.
מחיצות לתחומים שונים בהלכה > מחיצות לגבי רשות היחיד

מדין התורה, מחיצות גרועות של שתי בלא ערב או ערב בלא שתי, או מחיצות שלא נעשו לדור בתוכם (כגון מחיצות שנעשו לצניעות או לשמירת מה שבתוכם) - נחשבות למחיצות. אולם מדרבנן, אסור לטלטל בתוך רשות היחיד הגדולה מבית סאתים (כ -1,040 מ"ר) המוקפת במחיצות כאלו. סיבת דין זה היא כדי שלא ייווצר בלבול בין כרמלית שבה אסור לטלטל יותר מארבע אמות לבין רשות היחיד.
אולם בשיירה החונה במדבר, הותר להקיף שטח גדול מבית סאתיים לרשות היחיד באמצעות מחיצות גרועות, ובתנאי שיהיו יותר משלושה יהודים, ולא יהיה בתוך ההיקף שטח פנוי בשיעור בית סאתיים. (אולם יש מחלוקת אם נותנים לכל אחד זכות להקיף שטח של בית סאתיים, אף אם במצטבר יהיה שטח פנוי גדול מבית סאתיים)
מדין התורה מקום פתוח המוקף משלוש רוחותיו במחיצה, ומהצד הרביעי פתוח - הוא רשות היחיד. אולם מדרבנן, הצד הפתוח במלואו הופך את החצר לכרמלית לחומרא, שאסור לטלטל בתוכה יותר מארבע אמות, עד שיתוקן הצד הפתוח בצורה כל שהיא. אולם בבית אומרים במקרה כזה 'פי תקרה יורד וסותם' ורואים את הצד הפתוח כאילו יורדת מחיצה מהגג וסותמת אותו.
מחיצות לתחומים שונים בהלכה > מחיצות לגבי סוכה

סוכה כשרה, היא סוכה בעלת שלוש דפנות, שאורכם הוא לפחות 3 טפחים. ככלל, דיני מחיצות הסוכה הם כדיני המחיצות לעניין שבת.
ישנם סוכות רבות שדפנותיהם מבד, שהוא חומר שאינו יכול ליצור מחיצה, שכן הוא אינו יציב ברוח. הפתרון לבעיה זאת היא עשיית 'פסי לבוד', היינו פסים כעין חבלים המתוחים בדפנות הסוכה בכל היקף הסוכה, במרחק של פחות משלושה טפחים זה מזה, כך שעל ידי דין לבוד רואים את הפסים כאילו הם מחיצה מלאה. ('מחיצות גרועות')
שתי הדפנות הראשונות של הסוכה צריכות להעשות כמחיצות גמורות, ולא על ידי צורת הפתח, אולם ניתן להשלים את המחיצה השלישית על ידי צורת הפתח, ובלבד שד' טפחים מהמחיצה השלישית יהיו סתומים, אפילו על ידי לבוד. היינו ניתן לעשות טפח סתום במרחק של פחות משלושה טפחים ממחיצה אחרת של הסוכה, כך שאנו רואים כאילו יש פה 4 טפחים של מחיצה סתומה, ואת שלושת הטפחים הנותרים הנצרכים לאורך מחיצת סוכה להשלים על ידי צורת הפתח.
מחיצות לתחומים שונים בהלכה > מחיצות לגבי כלאים

בהלכות כלאיים יש צורך במחיצה על מנת להפריד בין שטחים המשמשים לגידולים שאסור לגדלם ללא הרחקה זה מזה, כגון שדה תבואה וכרם. המחיצה משמשת במקרה זה כתחליף להרחקה של ארבע אמות בין הגידולים. למטרה זו מועילה גם מחיצה גרועה. במקרה ונפרצה המחיצה עד עשר אמות - הרי זה כפתח, וניתן לזרוע ללא הרחקה אף במקום הפרצה. אולם אם הפרצה גדולה מעשר אמות או שבכלל המחיצה הפרוץ מרובה על העומד - אסור לזרוע כנגד החלקים הפרוצים, אולם מותר לזרוע כנגד החלקים העומדים אף שהפרוץ מרובה על העומד.
על פי הגמרא, למחיצות כלאים מועילות גם מחיצות של צורת הפתח, אולם דין זה לא הובא ברמב"ם ובשולחן ערוך.
מחיצות לתחומים נוספים

ספר תורה - אסור לאדם לשמש מיטתו כאשר באותו חדר נמצא ספר תורה או חומש הכתוב על מגילה, עד שיוציא משם את ספר התורה או יעמיד בפניו מחיצה.
היזק ראייה - אנשים השותפים בחצר יכולים לכפות אחד על השני לבנות מחיצה בין חלקיהם בגובה ד' אמות, בשל הצורך בפרטיות. במקרה זה על המחיצה להיות מחיצה המונעת ראייה, היינו מחיצה רציפה בגובה מינימלי של 4 אמות (כ-1.80 מטרים).
צניעות - מחיצה משמשת להפרדה בין גברים לנשים ביהדות, בעיקר בבתי כנסת ובחתונות. אולם ישנה מחלוקת הלכתית, האם מחיצה זו היא למניעת ראייה או למניעת ערבוב, דבר שיש לו משמעות לגבי צורת וגודל המחיצה הנדרשת לעניין זה.
הערות שוליים

↑  תלמוד בבלי, מסכת סוכה, דף ה', עמוד ב'
↑  ערוך השולחן סימן שסב סעיף ג
1 2  ערוך השולחן סימן שסב סעיף ז
↑  ערוך השולחן סימן שסב סעיף יד
↑  ערוך השולחן סימן שס סעיף א
1 2  ערוך השולחן סימן שס סעיף ב
↑  ערוך השולחן סימן שמה סעיף מב
1 2  ערוך השולחן סימן תרל סעיף ל
↑  ערוך השולחן סימן שסב סעיף לא
↑  ערוך השולחן סימן שנה סעיף ז
↑  ערוך השולחן סימן שסב סעיף כו
↑  ערוך השולחן אורח חיים שסב סעיף כו
↑  ערוך השולחן סימן שסב סעיף כב
↑  ערוך השולחן סימן שסב סעיף כג
↑  ערוך השולחן סימן שסג סעיף מח, ובסעיף מ"ט ונ'
↑  חידושי הלכות למהר"ל, מסכת עירובין דף י עמוד ב.
↑  פרי מגדים, משבצות זהב, אורח חיים שסג כז.
↑  ערוך השולחן סימן שסג סעיף נז
↑  ביאור הלכה, אורח חיים, סימן שס"ב, סעיף קטן ט'
↑  ערוך השולחן אורח חיים שסב סעיף ז
↑  ערוך השולחן סימן שסב סעיף יח
↑  ערוך השולחן סימן שסב סעיף יט
↑  ערוך השולחן סימן שסב סעיף יז
↑  תלמוד בבלי, מסכת עירובין, דף נ"ט, עמוד ב'
↑  ראו תלמוד בבלי, מסכת עירובין, דף ע"ו, עמוד א'.
↑  ערוך השולחן סימן שס סעיף ג
↑  ערוך השולחן סימן שס סעיף ח
↑  ערוך השולחן סימן שסג סעיף ב
↑  ערוך השולחן סימן שסא סעיף ה
↑  ערוך השולחן סימן תרל סעיף ח
↑  ערוך השולחן סימן תרל סעיף י
↑  שולחן ערוך יורה דעה סימן רצו סעיף מה
↑  שולחן ערוך יורה דעה סימן רצו סעיף מו
↑  גמרא ערובין י"א ע"א
↑  שולחן ערוך אורח חיים סימן רמ סעיף ו
הבהרה:  המידע בוויקיפדיה נועד להעשרה בלבד ואין לראות בו פסיקה הלכתית.
מחיצות שתי בלא ערב
מחיצה בעלת שני חסרונות: ערב בלי שתי (מחיצה גרועה), ויש בתחתיתה רווח של שלושה טפחים הפוסל אותה (מחיצה תלויה)
מחיצה שתלויה ברווח של פחות משלושה טפחים
בית שהכניסה אליו היא דרך מדרגות
מטא-חומר פוטוני

מטא חומר פוטוני, הידוע גם כמטא-חומר אופטי, הוא סוג של מטא-חומר אלקטרומגנטי, המקיים אינטראקציה עם אור בתחומי אורכי גל של אור נראה, אינפרה-אדום, וגלים אלקטרומגנטיים בתדרים של טרה-הרצים. חומרים אלו מתבססים על מבנה תאים מחזורי.
מאפיינים

מטא-חומרים פוטוניים נבדלים ממבנים של גבישים פוטוניים או בעלי פערי אנרגיה (bandgap) פוטוניים במחזוריות מרחבית באורך תת-גל (subwavelength). התאים גדולים בסדרי גודל מאטום בודד אך עדיין קטנים משמעותית מאורך הגל של האור המוקרן וגודלם הוא בסדר גודל של ננו-מטרים.
בחומרים קונבנציונליים, אטומי החומר קובעים את התגובה לשדות חשמליים ומגנטיים, ולכן גם את התגובה לאור. במטא-חומרים, תאים לוקחים את תפקיד האטומים והם אלו שקובעים את התגובה לאור, כאשר החומרים הם הומוגניים בסדרי גודל שהם מעל לגודלו של תא בודד, ובכך ניתנים לתיאור מקורב על ידי מודל.
מטא-חומרים פוטוניים מסוימים ניחנים במגנטיות בתדרים גבוהים, שתוצאתה צימוד מגנטי חזק. תופעה זו יכולה לייצר מקדם שבירה שלילי בתחום האופטי.
יישומים אפשריים כוללים הלטה (cloaking) ואופטיקת התמרה (Transformation optics).
גבישים פוטוניים שונים ממטא-חומרים פוטוניים בכך שהגודל והמחזוריות המרחבית של האלמנטים המפזרים שלהם גדולים יותר, בסדר גודל של אורך הגל. כמו כן, גבישים פוטוניים אינם הומוגניים כך שלא ניתן להגדיר ערכים של ε (מקדם דיאלקטרי, פרמיטיביות,permittivity) או μ (פרמאביליות, permeability, חלחלות מגנטית, ולעיתים מכונה גם: מקדם מגנטיות).
היסטוריה

במסגרת מחקר שבדק האם חומר מקיים אינטראקציה עם המרכיב המגנטי של האור, ויקטור וסלגו (1967) Victor Veselago חזה את האפשרות של מקדם שבירה עם סימן שלילי, על פי משוואות מקסוול. מקדם שבירה עם סימן שלילי הוא תוצאה של מקדם דיאלקטרי ε <0 (קטן מאפס) ופרמאביליות מגנטית μ <0 (קטנה מאפס). הניתוח של וסלגו צוטט בלמעלה מ־1500 מאמרים שנבדקו על ידי עמיתים ובספרים רבים.
מטא-חומרים בעלי מקדם שבירה (אינדקס) שלילי מתנהגים בניגוד לאינטראקציה המוגדרת לפי "כלל יד ימין" המקובל של האור, המצוי בחומרים אופטיים קונבנציונליים. לפיכך, אלה מכונים חומרים שמאליים או חומרים בעלי מקדם שלילי (Negative-index metamaterial, NIM).
באמצע שנות התשעים, מטא-חומרים זוהו לראשונה כטכנולוגיות פוטנציאליות ליישומים כגון דימות בקנה מידה ננומטרי והסתרת עצמים (cloaking) . אנטנות מבוססות מטא-חומרים זמינות מסחרית מאז שנת 2015.
פרמאביליות מגנטית שלילית הושגה עם מהוד טבעת מפוצל (Split-ring resonator, SRR) כחלק מתא שאורכו תת-גל (subwavelength) . ה-SRR השיג פרמאביליות מגנטית שלילית בטווח תדרים צר. שילוב עם עמודת הולכה חשמלית הממוקמת בצורה סימטרית יצר את המטא-חומר הראשון בעל מקדמים שליליים הפועל בתדרי המיקרוגל. ניסויים והדמיות (סימולציות) הראו נוכחות של פס התפשטות "שמאלי", וחומר "שמאלי". האישור הניסיוני הראשון למקדם שבירה שלילי התרחש זמן קצר לאחר מכן, גם בתדרי מיקרוגל.
פרמאביליות מגנטית שלילית ומקדם דיאלקטרי שלילי

חומרים טבעיים, כמו מתכות יקרות, יכולים להשיג מקדם דיאלקטרי שלילי ε <0 עד לתדרים הנראים לעין. עם זאת, בתדרים של טרהרצים, אור אינפרא אדום, ואור נראה, לחומרים טבעיים יש מרכיב צימוד מגנטי או פרמאביליות מגנטית חלשים מאוד. במילים אחרות, רגישות למרכיב המגנטי של האור המוקרן יכולה להיחשב זניחה.
כאמור למעלה, מטא-חומרים בעלי מקדם שבירה (אינדקס) שלילי מכונים חומרים שמאליים או חומרים בעלי מקדם שלילי (Negative-index metamaterial, NIM).
רק לחומרים שיוצרו להיות בעלי מקדם שלילי (NIM) תהיה את התכונה הזאת. בגבישים פוטוניים ומערכות ידועות רבות אחרות, יכולה לעומת זאת להתקיים התפשטות גלים חריגה הכוללת היפוך של מהירות המופע ומהירות החבורה, אך לא שבירה שלילית.
חומרים פרומגנטיים ואנטי-פרומגנטיים טבעיים יכולים להגיע לתהודה מגנטית, אך עם הפסדים משמעותיים. בחומרים טבעיים כגון מגנטים טבעיים ופריטים (ferrites), תדרי התהודה עבור התגובה (צימוד) החשמלית והתגובה (צימוד) המגנטית הם שונים.
תדר אופטי

מהודי טבעת מפוצלים (SRR) פוטוניים הגיעו לממדים של מתחת ל-100 ננומטר באמצעות קרן אלקטרונים וננוליתוגרפיה. בכל תא SRR בסקלה ננומטרית יש שלושה מוטות מתכתיים קטנים המחוברים פיזית בצורת U ומתפקדים כסליל. המרווח בין קצות המוטות מתפקד כננו-קבל. לפיכך, תא מוכלל זה מהווה ננו-מעגל-תהודה LC אופטי. תאים אלו יוצרים שדות חשמליים ומגנטיים מקומיים כאשר מעוררים אותם חיצונית. התאים בדרך כלל קטנים פי עשרה מאורך הגל של האור בוואקום (c0) בתדר התהודה וניתן לתאר אותם באמצעות מודלים מקורבים של התווך.
מטא-חומרים פוטוניים מציגים תגובה מגנטית בגודל שהוא שימושי בתדרים אופטיים. זה כולל פרמאביליות מגנטית שלילית, למרות היעדרם של חומרים מגנטיים. בדומה לחומרים אופטיים רגילים, ניתן להתייחס למטא-חומרים פוטוניים כאל תווך אפקטיבי המאופיין על ידי פרמטרים אפקטיביים ε(ω) ו-μ(ω) או באופן דומה, εeff ו-μeff..
מקדם השבירה השלילי של מטא-חומרים פוטוניים בתחומי התדרים האופטיים הודגם בניסוי בשנת 2005 על ידי Shalaev et al. (באורך הגל המשמש לתקשורת אופטית λ=1.5 מיקרומטר) ועל ידי Brueck et al (ב λ = 2 מיקרומטר), כמעט באותו הזמן.
מודל תווך אפקטיבי

קירוב אפקטיבי של התווך (של ההעברה) מושג על ידי מודל המתאר משטחים (slabs) של חומר שכאשר הם מגיבים לעירור אלקטרומגנטי חיצוני הם "אפקטיבית" הומוגניים עם פרמטרים "אפקטיביים" תואמים הכוללים ε ו- µ "אפקטיביים" החלים על המשטח בכללותו. תאים בודדים עשויים להיות בעלי ערכים שונים מהמשטח. עם זאת, ישנם מקרים בהם קירוב התווך האפקטיבי אינו מתקיים וצריך להיות מודע לישימותו.
צימוד מגנטיות

פרמאביליות מגנטית שלילית הושגה במקור בחומרים "שמאליים" בתדרי מיקרוגל באמצעות מערכים של מהוד טבעות מפוצל (SRR). ברוב החומרים הטבעיים, התגובה המצומדת-מגנטית מתחילה לרדת בתדרים בתחום הגיגה-הרץ, מה שמרמז כי מגנטיות משמעותית אינה מתרחשת בתדרים אופטיים. המקדם המגנטי האפקטיבי של חומרים כאלה הוא μeff = 1. מכאן שלרכיב המגנטי של שדה אלקטרומגנטי מוקרן אין כמעט השפעה על חומרים טבעיים בתדרים האופטיים.
התא הבודד במטא-חומרים פועל כמטא-אטום, כלומר מייצר דיפול מגנטי בקנה מידה גדול יותר (על פי עיקרון הסופרפוזיציה) המקביל לזה של האטום שהוא בסדר גודל פיקומטרי. למטא-אטומים המורכבים מזהב ניתן להשיג μ<0 בתדרי תקשורת אך לא בתדרי האור הנראה. בתדרי האור הנראה מתווסף התנאי המגביל האולטימטיבי של תכונת תדירות הפלזמה של מתכות, כלומר, תא ה-SRR הבודד יתפקד כל עוד המתכת ממנה הוא בנוי תתנהג כמתכת בתדר העירור.
תכנון וייצור

אורכי הגל האופטיים קצרים בהרבה משל גלי מיקרוגל, מה שמקשה על מימושם של מטא-חומרים אופטיים בגודל תת-גל. ניתן לייצר מטא-חומרים למיקרוגל מחומרים של מעגלים מודפסים, בשעה שיש להשתמש בטכניקות ליתוגרפיה כדי לייצר מטא-חומרים פוטוניים. ניסויים שהצליחו השתמשו בסידור מחזורי של חוטים קצרים או חלקים מתכתיים עם צורות מגוונות. במחקר אחר כל הלוח היה מחובר חשמלית. טכניקות ייצור כוללות ליתוגרפיה של קרן אלקטרונים, ננו-עיצוב (nanostructuring) עם קרן יונים ממוקדת וליתוגרפיה של התאבכות.
בשנת 2014 יוצר והוצג אב-טיפוס של מטא-חומר שאינו רגיש לקיטוב, הסופג אנרגיה בפס רחב (סופר-אוקטבה) של אורכי גל אינפרה-אדום. החומר ניחן ביותר מ־98% ספיגות (absorptivity) ממוצעת נמדדת שנשמרה על פני שדה ראייה רחב של ±45° לאורכי גל ביניים של אינפרה-אדום בין 1.77 ל־4.81 מיקרומטר. שימוש אחד הוא להסתיר עצמים מחיישני אינפרה-אדום. נמצא שהיסוד פלדיום סיפק פס רחב יותר מכסף או זהב. אלגוריתם גנטי שינה באקראי תבנית מועמדת ראשונית, תוך שהוא בודק ומנפה את הכל מלבד את הטובה ביותר. התהליך חזר על עצמו במשך "דורות" רבים עד שהתכן נהיה לאפקטיבי.
המטא-חומר עשוי מארבע שכבות על מצע סיליקון. השכבה הראשונה היא פלדיום, מכוסה בפולימיד (אנ') ומעליו מסך פלדיום. במסך יש פתחים באורכי תת-גל החוסמים את אורכי הגל השונים. שכבת פולימיד מכסה את כל שכבת החומר סופג הקרינה. הוא יכול לספוג 90 אחוז מקרינת האינפרה-אדום בזווית של עד 55 מעלות למסך. השכבות אינן זקוקות להתאמה מדויקת. כיסוי הפולימיד מגן על המסך ומסייע בהפחתת כל חוסר תאום עכבות (impedance mismatch) העלול להתרחש כאשר הגל עובר מהאוויר למתקן.
מחקר > שידור חד כיווני

בשנת 2015 הצליחו לייצר מטא-חומר בעל מקדם שבירה שלילי (NIM) היכול להוביל גם אור נראה בכיוון אחד בלבד (מראות "חד כיווניות" רק מצמצמות את העברת האור בכיוון ההפוך, ודורשות רמת אור נמוכה מאחורי המראה כדי לעבוד).
החומר שילב שני מבנים ננו אופטיים: בלוק רב שכבתי של יריעות כסף וזכוכית מתחלפות וסריגי מתכת. מבנה הזכוכית-הכסף הוא מטא-חומר "היפרבולי", המטפל באור באופן שונה, בהתאם לכיוון התפשטות הגלים. כל שכבה היא בעובי של עשרות ננומטר - דקה בהרבה מ-400 עד 700 ננומטר של האור הנראה, מה שהופך את הבלוק לאטום לאור הנראה, אם כי אור הנכנס בזוויות מסוימות יכול להתפשט בתוך החומר.
הוספת סריגי כרום עם רווחים באורכי תת-גל גרמה להטיית האור האדום או ירוק שנכנסו, מספיק כדי שהם יוכלו להיכנס ולהתפשט בתוך הבלוק. בצד הנגדי של הבלוק, קבוצה סריגים אחרת אפשרה לאור לצאת בזווית שונה מכיוונו המקורי. המרווח בין סריגי היציאה היה שונה מזה של סריגי הכניסה, על מנת להטות את האור המתקדם ולאפשר לו לצאת כך שאור חיצוני לא יוכל להיכנס לבלוק מהצד הזה. בערך פי 30 יותר אור עבר בכיוון קדימה מאשר בכיוון ההפוך. מבנה הבלוקים המעורב הפחית את הצורך ביישור מדויק של שני הסריגים זה ביחס לזה.
מבנים כאלה טומנים בחובם פוטנציאל ליישומים בתקשורת אופטית. למשל, הם יכולים להשתלב בשבבי מחשב פוטוניים המפצלים או משלבים אותות המועברים על ידי גלי אור. יישומים פוטנציאליים אחרים כוללים חיישנים ביולוגיים באמצעות חלקיקים בקנה מידה ננומטרי כדי להסיט אור לזוויות תלולות מספיק כדי לעבור דרך החומר ההיפרבולי ולצאת מהצד השני.
מחקר > מרכיבי מעגל מקובצים (Lumped circuit elements)

על ידי שילוב של ננו-חלקיקים פלזמוניים (plasmonic) ולא פלזמוניים, ננו-מעגלים המורכבים מאלמנטי מעגל מקובצים הפרושים מרחבית, והפועלים באינפרה-אדום ובתדרי אור אופטיים, נראים אפשריים למימוש.
אלמנטי מעגל מקובצים הוכחו כעובדים בתחום תדרי המיקרוגל ותדרי הרדיו (RF). עקרון האלמנט המקובץ איפשר את הפיכת האלמנטים לפשוטים יותר ואת המעגלים למודולריים. טכניקות ייצור בקנה מידה ננומטרי קיימות להשגת צורות גאומטריות בגודלי תת-אורך גל.
מחקר > תכנון תאים

מתכות כמו זהב, כסף, אלומיניום ונחושת מוליכות זרם בתדרי RF ומיקרוגל. בתדרים האופטיים משתנים המאפיינים של כמה מתכות אצילות. במקום זרימת זרם רגילה, תהודות פלזמוניות מתרחשות כאשר החלק הממשי של המקדם הדיאלקטרי המרוכב נהיה שלילי. לכן, הזרם העיקרי הוא בעצם צפיפות זרם ההעתק החשמלי (נגזרת חלקית של D לפי t) וניתן לכנותה "זרם אופטי".
בקנה מידה של אורכי תת-גל, העכבה (impedance) של התא הופכת לתלויה בצורה, בגודל, בחומר ובתאורה בתדרים האופטיים. כיוון החלקיק עם רכיב השדה החשמלי האופטי עשוי גם לסייע בקביעת העכבה. לחומרים דיאלקטריים קונבנציונליים מסיליקון הרכיב הממשי של המקדם הדיאלקטרי חיובי εreal > 0 בתדרים האופטיים, מה שגורם לחלקיק הננו להתנהג כעכבה קיבולית, ננו-קבל. לעומת זאת, אם החומר הוא מתכת אצילה כמו זהב או כסף, עם εreal < 0 אז הוא מקבל מאפיינים השראותיים והופך לננו-משרן (nanoinductor). הפסדים מיוצגים כננו-נגד.
מחקר > יכולת כוונון

הדרך הנפוצה ביותר להשיג מקדם שבירה הניתן לכוונון היא כוונון אלקטרו-אופטי. כאן השינוי במקדם השבירה הוא יחסי לשדה החשמלי שמפעילים, או שהוא יחסי לערך המוחלט בריבוע של השדה החשמלי. אלו הם אפקט פוקלס (Pockels effect) ואפקט קר (Kerr effects) בהתאמה.
לחלופין, אפשר להשתמש בחומר אופטי לא ליניארי ולסמוך על עוצמת השדה האופטי שתשנה את מקדם השבירה או הפרמטרים המגנטיים.
מחקר > יצירת מבני שכבות

הערמת שכבות (stacking) יוצרת חומרים בעלי מקדמים שליליים (NIM) בתדרים אופטיים. עם זאת, תצורת המשטח (לא מישורית, גדולה) של המהודים הטבעתיים המפוצלים מונעת בדרך כלל הערמה. אף על פי שניתן לבנות מהוד טבעתי מתפצל בשכבה אחת על משטח דיאלקטרי, זה יחסית קשה לערום מבנים גדולים אלה בשל דרישות טולרנסים ליישור. טכניקת הערמה עבור מהודים טבעתיים מפוצלים פורסמה בשנת 2007 ומשתמשת במרווחים דיאלקטריים כדי לרדד את שכבת המהודים הטבעתיים המפוצלים. נראה כי ניתן ליישם שכבות רבות בדרך זו, כולל כל מספר נבחר של תאי יחידה וסידורים מרחביים משתנים של שכבות בודדות.
מחקר > הכפלת תדר

בשנת 2014 הכריזו חוקרים על פיתוחה של מראה מכפילת-תדר לא-ליניארית בעובי של 400 ננומטר הניתנת לכוונון לעבודה בתדרים הקרובים לאינפרה-אדום עד אמצע תחום האינפרה האדום, ועד לטרה הרץ. החומר פועל באור בעוצמה נמוכה בהרבה מאשר בגישות המסורתיות. עבור עובי מבנה ועוצמת אור בכניסה נתונים, המטא-חומר מייצר תפוקה בעוצמה הגבוהה פי מיליון. המראות אינן דורשות התאמה למהירויות הפאזה של גלי הכניסה והיציאה.
המראה יכולה לייצר תגובה לא ליניארית גדולה לתהליכים אופטיים לא-ליניאריים מרובים, כגון הרמוניה שנייה, יצירת תדרי סכום והפרש, כמו גם מגוון תהליכי ערבוב של ארבעה גלים. מכשיר ההדגמה המיר אור באורך גל של 8000 עד 4000 ננומטר.
המכשיר עשוי מהערמה (stack) של שכבות דקות של אינדיום, גליום וארסן או אלומיניום, אינדיום וארסן. 100 משכבות אלו, כל אחת מהן בעובי של אחד עד שנים עשר ננומטר, כוסו מלמעלה על ידי תבנית של ננו-מבנים אסימטריים מוצלבים מזהב שיצרו בורות קוונטיים מצומדים ושכבת זהב תחתונה.
יישומים פוטנציאליים כוללים חישה מרחוק ויישומים רפואיים הדורשים מערכות לייזר קומפקטיות.
שבירה כפולה
גלי פני השטח של דיאקונוב (Dyakonov surface wave, DSW) מתייחסים לשבירה כפולה הקשורה לגבישים פוטוניים ולאנאיזוטרופיות במטא-חומר. לאחרונה מטא-חומר פוטוני פעל ב-780 ננומטר (אינפרה-אדום הקרוב), 813 ננומטר ו-772 ננומטר.
מטא-חומר פוטוני בישראל > אוניברסיטת תל אביב

חוקרים מאוניברסיטת תל אביב במעבדתו של פרופ' טל אלנבוגן הצליחו להנדס חומר לא-ליניארי שמאפשר שליטה בתדרים של אור. חומרים אופטיים לא-ליניאריים הם חומרים המגיבים לאור באופן שאינו עומד ביחס ישר לשדה האלקטרומגנטי של האור. במילים אחרות, כאשר קרני האור עוברות דרך חומרים אלה, נוצר בהם אור בתדרים חדשים. לכן חומרים אופטיים לא-ליניאריים הם הבסיס לטכנולוגיות עתידיות המבוססות על שליטה באור, כגון טכנולוגיות מחשוב אופטי.
מטא-חומר פוטוני בישראל > אוניברסיטת בן-גוריון

שיטה להכנת חומר המורכב מגבישים נוזליים ומשמש לחלונות חכמים פותחה על ידי פרופ’ אברהים עבדולחלים מהיחידה להנדסה אלקטרו-אופטיקה ופוטוניקה באוניברסיטת בן-גוריון בנגב. במחקר השתתפה ד”ר לקשמי מדורי פאפו, חוקרת פוסט-דוקטורט במעבדתו.
חלונות חכמים מאפשרים לשלוט בכמות וספקטרום האור המועבר דרכן דהיינו השקיפות שלהם וניתן לייצר אותם באמצעות מגוון רחב של חומרים הרגישים לטמפרטורה או מתח חשמלי כמו גבישים נוזליים. החומרים הידועים כוללים פולימרים מעורבבים עם גבישים נוזליים בתהליך הארה בקרינה אולטרא סגולה, אך תהליך הכנה זה מסובך ועלותם גבוהה. בשל העלות הגבוהה חלונות אלה לא נפוצים בכל בית, משרד או מכונית.
בשיטה החדשה ממלאים את המרווח שבין שני לוחות זכוכית באחוז נמוך של מיקרו-חלקיקים ננו-נקבוביים המעורבבים יחד עם גבישים נוזליים. הלוחות מצופים באלקטרודות והתגובה של המערך מאפשרת שינוי שקיפות החלון תוך חלקי שנייה בודדים.
מטא-חומר פוטוני בישראל > טכניון

החוקרים מהמעבדות של פרופ' שגב ופרופ' חסמן בטכניון השתמשו בסוג חדש של מבנים ננומטריים לצורך יצירת תופעת השזירה הקוונטית.
המחקר התמקד בקטגוריית המטא-משטחים (Meta-Surfaces) של מטא-חומרים: מבנים מתכתיים מלאכותיים דקים מאוד, דו-ממדיים המשמשים בדרך כלל לחקירת האינטראקציה בין אור לחומר. המחקר האופטי במטא-משטחים עסק עד כה רק באור "רגיל" ממנורת שולחן או ממכשיר לייזר, כלומר באור "קלאסי" ואילו בעבודה הזאת הודגם לראשונה שימוש במטא-משטחים באופטיקה קוונטית, שבהם מתייחסים אל האור כזרם של פוטונים ובמידע הקוונטי שיש בפוטונים. במסגרת המחקר החוקרים הדגימו יצירת שזירה – תופעה שבה שני חלקיקים (פוטונים במקרה זה) מתנהגים כתאומים פיזיקליים המשפיעים זה על זה גם כאשר המרחק ביניהם עצום.
גביש לא ליניארי הואר בקרן לייזר כדי ליצור זוגות פוטונים המאופיינים באפס תנע זוויתי וכל אחד מאופיין בקיטוב ליניארי אחר. המערכת כיוונה את צמד הפוטונים למטא-משטח, והאינטראקציה בין האור לחומר יצרה שזירה של שני הפוטונים.
בניסוי הראשון פיצלו החוקרים את זוגות הפוטונים – אחד דרך המטא-משטח ואחד דרך הגלאי. לאחר מכן הם מדדו את הפוטון הבודד שעבר דרך המטא-משטח וגילו כי הוא אכן פיתח תנע זוויתי אורביטלי השזור עם הספין שלו. בניסוי השני, הועברו צמדי הפוטונים דרך המטא-משטח ונמדדו באמצעות שני גלאים. החוקרים גילו כי הספין של אחד הפוטונים בצמד נעשה שזור עם התנע הזוויתי האורביטלי של הפוטון השני, ולהפך.
הטכנולוגיה צפויה לאפשר את הייצור של מחשבים קוונטיים שלמים בשבב יחיד.
ראו גם

מטא-חומר