часть
капли
,
а
равномерно
распределяются
по
ее
поверхности
.
Замечено
,
что
гидрофобная
субстанция
уда
-
ляется
каплей
воды
с
гидрофобной
поверхности
.
При
рассмотре
-
нии
условий
протекания
«
эффекта
лотоса
»
на
наноскопическом
уровне
механизм
этого
явления
становится
более
понятным
.
Рис
. 9.13.
Поверхность
листа
лотоса
под
электронным
микроскопом
Можно
представить
себе
массажную
щетку
,
на
зубьях
ко
-
торой
лежит
клочок
бумаги
,
изображающий
частицу
загрязне
-
ний
.
Пятно
«
грязи
»
расположено
только
на
самых
вершинах
зубьев
,
не
соприкасаясь
с
поверхностью
щетки
(
рис
. 9.14,
спра
-
ва
).
Сила
прилипания
грязи
обусловлена
площадью
поверхности
взаимного
контакта
.
Если
бы
поверхность
была
гладкой
или
имела
макрорельеф
,
как
на
рис
. 9.14
слева
,
то
площадь
контакта
оказалась
бы
значительной
и
грязь
удерживалась
бы
достаточно
прочно
.
Однако
из
-
за
острых
концов
зубьев
площадь
контакта
минимальна
,
и
грязь
как
бы
«
висит
на
ножке
».
То
же
происхо
-
дит
и
с
каплей
воды
.
Она
не
может
«
растечься
»
по
остриям
,
и
поэтому
стремится
свернуться
в
шарик
.
Аналогичное
явление
происходит
и
с
грязью
на
восковых
кристалликах
,
покрывающих
листья
лотоса
.
Поверхность
со
-
прикосновения
загрязнений
с
поверхностью
листа
также
крайне
212
Рис
. 9.14.
Положение
капли
воды
на
макро
(
слева
)
и
наноповерхности
(
справа
)
незначительна
.
При
этом
силы
сцепления
между
каплей
воды
и
частицей
загрязнения
оказываются
значительно
более
высо
-
кими
,
чем
между
этой
же
частицей
и
восковым
слоем
листа
.
9.3.
Оптические
метаматериалы
Метаматериалы
(
от
греч
. meta –
над
,
после
) –
это
искус
-
ственные
композитные
среды
,
электрический
и
магнитный
от
-
клики
которых
существенно
отличаются
от
соответствующих
откликов
в
составляющих
средах
,
благодаря
чему
возникают
свойства
,
недостижимые
в
природных
материалах
.
Одним
из
наиболее
ярких
примеров
таких
материалов
яв
-
ляются
так
называемые
левые
среды
,
в
которых
реализуется
от
-
рицательная
рефракция
(
изменение
преломления
лучей
при
изме
-
нении
показателя
преломления
среды
)
электромагнитных
волн
.
Интерес
к
отрицательной
рефракции
электромагнитных
волн
,
при
которой
преломленный
луч
отклоняется
по
другую
строну
от
нормали
к
границе
раздела
сред
,
возник
в
начале
XXI
века
после
появления
публикации
группы
ученых
из
универ
-
ситета
Сан
-
Диего
(
США
),
возглавляемой
Д
.
Р
.
Смитом
.
Они
со
-
общили
о
создании
композитных
материалов
,
обладающих
отри
-
цательным
показателем
преломления
,
при
этом
они
сослались
на
работы
советского
физика
В
.
Веселаго
1967
года
.
213
Веселаго
показал
,
что
в
средах
с
одновременно
отрицатель
-
ными
значениями
диэлектрической
и
магнитной
проницаемо
-
стей
показатель
преломления
изменяет
знак
.
Следствием
этого
является
изменение
на
противоположное
направления
излуче
-
ния
,
которое
образует
с
векторами
напряженностей
электриче
-
ского
и
магнитного
полей
левовинтовую
тройку
.
Такие
среды
он
назвал
«
левыми
».
Веселаго
показал
также
,
что
в
левых
средах
должны
наблюдаться
и
другие
аномальные
явления
:
изменение
знака
групповой
скорости
,
рассеяние
света
выпуклой
линзой
и
,
наоборот
,
его
фокусировка
вогнутой
линзой
.
Веселаго
в
действительности
не
был
первым
,
кто
теорети
-
чески
исследовал
преломление
света
в
среде
с
отрицательной
групповой
скоростью
.
Детальный
анализ
отрицательной
реф
-
ракции
был
дан
еще
в
1944
году
Л
.
И
.
Мандельштамом
.
Кроме
того
,
сам
факт
существования
структур
,
в
которых
волна
имеет
отрицательную
групповую
скорость
,
также
не
являлся
секретом
.
Механические
модели
одномерных
сред
подобного
типа
были
исследованы
еще
в
1904
году
Лэмбом
,
показавшим
,
что
в
так
называемых
обратных
волнах
фазовая
скорость
противоположна
по
направлению
групповой
скорости
и
потоку
энергии
.
Тем
не
менее
именно
статья
Веселаго
благодаря
простоте
своего
изложения
и
широкой
известности
журнала
,
в
котором
она
была
опубликована
,
приобрела
характер
основополагающей
работы
в
теории
отрицательно
преломляющих
сред
,
называемых
также
левыми
средами
и
средами
Веселаго
.
В
англоязычной
ли
-
тературе
такие
среды
называют
NIM (negative index materials)
или
LHM (left-handed materials).
В
последнее
время
все
большее
распространение
получает
термин
«
метаматериалы
»,
указы
-
вающий
на
то
,
что
свойства
этих
материалов
зависят
не
от
их
химического
состава
,
а
от
особенностей
искусственно
созданной
конструкции
из
наноразмерных
емкостных
и
индуктивных
эле
-
ментов
.
Резонансные
свойства
этих
материалов
таковы
,
что
при
-
водят
к
отрицательным
значениям
диэлектрической
и
магнит
-
ной
проницаемостей
в
определенном
диапазоне
частот
.
214
В
2000
году
идею
Веселаго
о
фокусирующих
свойствах
плоскопараллельной
пластинки
из
материала
с
отрицательным
по
-
казателем
преломления
подхватил
английский
физик
Дж
.
Пендри
,
показавший
,
что
в
этом
случае
отсутствует
дифракционный
пре
-
дел
на
размер
фокального
пятна
,
присущий
обычным
линзам
.
Подобное
фокусирующее
устройство
Пендри
назвал
совер
-
шенной
линзой
(perfect lens).
Это
означает
,
что
можно
создавать
оптические
микроскопы
с
недоступным
ранее
разрешением
.
В
2006
году
Дж
.
Пендри
выступил
с
новой
идеей
:
если
ок
-
ружить
объект
материалом
,
показатель
преломления
которого
плавно
изменяется
от
0
на
внутренней
поверхности
до
1
на
внеш
-
ней
границе
,
то
свет
будет
огибать
объект
,
который
становится
невидимым
для
наблюдателя
.
Идея
была
успешно
реализована
в
микроволновом
диапазоне
.
Возможность
создания
такого
«
пла
-
ща
-
невидимки
»,
способного
сделать
объект
невидимым
,
вызвала
чрезвычайный
интерес
у
военных
.
Природа
отрицательной
рефракции
На
рис
. 9.15
показана
схема
хода
лучей
плоской
волны
под
углом
падения
i
к
границе
раздела
двух
сред
.
Фазовая
скорость
волны
в
верхней
среде
равна
υ
1
, a
в
нижней
среде
–
υ
2
.
Из
построения
следует
закон
преломления
:
1
2
sin
sin
n
i
n
r
⋅
= ⋅
;
2
1
1
2
υ
sin
sin
υ
n
i
n
r
n
=
= =
.
(9.1)
Однако
наряду
с
выражением
(9.1)
справедливо
выражение
(
)
sin
.
sin
π
i
n
r
=
−
(9.2)
Ему
соответствует
преломленная
волна
,
в
которой
фазовая
скорость
и
волновой
вектор
направлены
не
от
границы
,
а
к
гра
-
нице
раздела
(
рис
. 9.15,
б
).
215
Рис
. 9.15.
Схема
хода
лучей
при
отражении
и
преломлении
плоской
волны
в
изотропной
недиссипативной
среде
в
случае
положительной
(
а
)
и
отрицательной
(
б
)
рефракции
С
формальной
математической
точки
зрения
эта
ситуа
-
ция
соответствует
отрицательной
фазовой
скорости
прелом
-
ленной
волны
(
υ
=
υ
2
< 0),
отрицательному
показателю
преломле
-
ния
(n < 0)
в
(9.1)
и
отрицательному
углу
преломления
(r < 0).
Таким
образом
,
термин
«
отрицательная
рефракция
»
обо
-
значает
ситуацию
,
когда
в
преломленной
волне
волновой
вектор
,
направление
которого
совпадает
с
направлением
фазовой
скоро
-
сти
,
имеет
отрицательную
проекцию
на
направление
волнового
вектора
падающей
волны
.
Термин
«
отрицательная
фазовая
ско
-
рость
»
является
относительным
:
υ
< 0
лишь
тогда
,
когда
направ
-
ление
волнового
вектора
падающей
волны
определено
как
поло
-
жительное
.
По
этой
причине
термин
«
отрицательный
показатель
преломления
»
следует
понимать
в
том
смысле
,
что
эффективный
показатель
преломления
среды
является
отрицательным
.
Мандельштам
объяснил
обсуждаемый
эффект
тем
,
что
в
данном
случае
преломленная
волна
является
обратной
волной
,
в
которой
фазовая
и
групповая
скорости
имеют
противополож
-
216
ные
знаки
(
см
.
рис
. 9.15,
б
).
Групповая
скорость
υ
г
и
поток
энер
-
гии
по
-
прежнему
направлены
от
границы
Do'stlaringiz bilan baham: |