Актуальность выбранной темы и постановка задачи

Историческая справка

Человечеству свойственно непрерывное движение вперед, которое проявляется в постоянном стремлении усовершенствовать окружающую среду, как можно больше приспособить ее под свои нужды. И сколько бы времени ни насчитывала история нашей цивилизации, научная мысль не стоит на месте: регулярно появляются сообщения и статьи, посвященные новым открытиям, описывающие интереснейшие эксперименты и явления. Но нередко оказывается, что какое-либо современное изобретение — это всего лишь упущенная из виду идея прошлого, которая несколько десятков лет лежала на полке и ждала своего часа. Именно к этой группе относятся метаматериалы — периодические структуры, искусственно созданные человеком.

Если углубиться в историю вопроса, то первые научные эксперименты в данной области относятся к 1989 году, когда бенгальский ученый Д. Ч. Бос изучал влияние искусственных структур искривленной конфигурации на микроволновое излучение [1]. Немногим позднее К. Ф. Линдман исследовал взаимодействие электромагнитных волн с беспорядочно ориентированными металлическими спиралями, образующими киральную среду. Следующее упоминание датируется серединой ХХ века и связано с именем У. Е. Кока, впервые употребившего термин «искусственный диэлектрик» [5] и создавшего искусственную среду с требуемым индексом преломления для микроволновой линзы. Диэлектрики, не существующие в природе, использовались в 50-х и 60-х годах для облегчения СВЧ-антенн. Очередной пик интереса к подобного рода материалам наступил в 80−90-х годах в связи с разработками поглотителя сигнала радара [2].

Теоретическое описание свойств метаматериалов впервые предложил В. Г. Веселаго, в 1967 г. им была сформулирована гипотеза в возможности существования материалов с отрицательным показателем преломления. Однако практического подтверждения собственным заключениям советскому ученому найти так и не удалось. Так, спустя почти 30 лет, в 90-х годах в Технологическом Центре им. Маркони (Англия) началась работа по созданию метаматериала, и уже в 2000 г. Д. Смит в сотрудничестве с учеными из Калифорнийского университета в Сан-Диего представил миру первый образец с беспрецедентными характеристиками [4].

Дальнейшая история развития метаматериалов связана, в основном, с поисками вариантов практического применения искусственных периодических сред, как-то: линза с отрицательным коэффициентом преломления Дж. Пендри или метод пространственного кодирования сигнала (MIMO). Данная работа также посвящена одному из возможных применений метаматериала в волноводной технике.