Microsoft Word doc

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