MétamatériauEn physique, en électromagnétisme, le terme métamatériau désigne un matériau composite artificiel qui présente des propriétés électromagnétiques qu'on ne retrouve pas dans un matériau naturel. Il s'agit en général de structures périodiques, diélectriques ou métalliques, qui se comportent comme un matériau homogène n'existant pas à l'état naturel. Il existe plusieurs types de métamatériaux en électromagnétisme, les plus connus étant ceux susceptibles de présenter à la fois une permittivité et une perméabilité négatives.
Negative-index metamaterialNegative-index metamaterial or negative-index material (NIM) is a metamaterial whose refractive index for an electromagnetic wave has a negative value over some frequency range. NIMs are constructed of periodic basic parts called unit cells, which are usually significantly smaller than the wavelength of the externally applied electromagnetic radiation. The unit cells of the first experimentally investigated NIMs were constructed from circuit board material, or in other words, wires and dielectrics.
Photonic metamaterialA photonic metamaterial (PM), also known as an optical metamaterial, is a type of electromagnetic metamaterial, that interacts with light, covering terahertz (THz), infrared (IR) or visible wavelengths. The materials employ a periodic, cellular structure. The subwavelength periodicity distinguishes photonic metamaterials from photonic band gap or photonic crystal structures. The cells are on a scale that is magnitudes larger than the atom, yet much smaller than the radiated wavelength, are on the order of nanometers.
History of metamaterialsThe history of metamaterials begins with artificial dielectrics in microwave engineering as it developed just after World War II. Yet, there are seminal explorations of artificial materials for manipulating electromagnetic waves at the end of the 19th century. Hence, the history of metamaterials is essentially a history of developing certain types of manufactured materials, which interact at radio frequency, microwave, and later optical frequencies.
Métamatériaux acoustiquesLes métamatériaux acoustiques sont des matériaux artificiels développés pour contrôler et manipuler les ondes acoustiques pouvant se propager dans des gaz, des liquides ou des solides. Initialement, ce domaine d'étude provient de la recherche de matériaux à indice de réfraction négatifs. Le contrôle des différentes formes d'ondes acoustiques ainsi générées est principalement réalisé grâce au contrôle du module d'élasticité β, de la densité ρ, ou de la .
SuperlentilleUne superlentille est une lentille optique élaborée avec des métamatériaux et permettant de distinguer des détails jusqu'à vingt fois inférieurs à la longueur d'onde d'utilisation. Une lentille classique est dite « limitée par la diffraction », c'est-à-dire que l'image la plus petite que l'on pourra obtenir sera toujours une tache d'Airy et donc possède un diamètre dépendant du diamètre de la lentille et de la longueur d'onde d'utilisation, limitant l'utilisation de lentilles classiques en verre optique à l'observation d'objet de quelques centaines de nanomètres.
Metamaterial antennaMetamaterial antennas are a class of antennas which use metamaterials to increase performance of miniaturized (electrically small) antenna systems. Their purpose, as with any electromagnetic antenna, is to launch energy into free space. However, this class of antenna incorporates metamaterials, which are materials engineered with novel, often microscopic, structures to produce unusual physical properties. Antenna designs incorporating metamaterials can step-up the antenna's radiated power.
Metamaterial cloakingMetamaterial cloaking is the usage of metamaterials in an invisibility cloak. This is accomplished by manipulating the paths traversed by light through a novel optical material. Metamaterials direct and control the propagation and transmission of specified parts of the light spectrum and demonstrate the potential to render an object seemingly invisible. Metamaterial cloaking, based on transformation optics, describes the process of shielding something from view by controlling electromagnetic radiation.
Cristal photoniqueLes cristaux photoniques sont des structures périodiques de matériaux diélectriques, semi-conducteurs ou métallo-diélectriques modifiant la propagation des ondes électromagnétiques de la même manière qu'un potentiel périodique dans un cristal semi-conducteur affecte le déplacement des électrons en créant des bandes d'énergie autorisées et interdites. Les longueurs d'onde pouvant se propager dans le cristal se nomment des modes dont la représentation énergie-vecteur d'onde forme des bandes.
Tunable metamaterialA tunable metamaterial is a metamaterial with a variable response to an incident electromagnetic wave. This includes remotely controlling how an incident electromagnetic wave (EM wave) interacts with a metamaterial. This translates into the capability to determine whether the EM wave is transmitted, reflected, or absorbed. In general, the lattice structure of the tunable metamaterial is adjustable in real time, making it possible to reconfigure a metamaterial device during operation.
Terahertz metamaterialA terahertz metamaterial is a class of composite metamaterials designed to interact at terahertz (THz) frequencies. The terahertz frequency range used in materials research is usually defined as 0.1 to 10 THz. This bandwidth is also known as the terahertz gap because it is noticeably underutilized. This is because terahertz waves are electromagnetic waves with frequencies higher than microwaves but lower than infrared radiation and visible light.
Réfraction négativethumb|300px|Schéma de la réflexion-transmission d'une onde plane lors d'un saut d'indice : réfraction normale à droite, réfraction négative à gauche. thumb|Vidéo représentant la réfraction négative d'une onde sur un dioptre plan. La réfraction négative est un phénomène de réfraction qui ne suit pas les lois de Descartes applicables dans le modèle de l'optique géométrique. Dans ce cas, l'onde réfractée se propage du même côté de la normale à la surface que l'onde incidente.
Photoniquevignette|Image de la lumière d'un laser ultra large-bande émergeant d'une fibre monomode de cristal photonique dont on voit la sortie à droite (point blanc).|alt=Sur fond noir une grande tache en forme d'étoile irisée à gauche et un petit point blanc à droite. La photonique est la branche de la physique concernant l'étude et la fabrication de composants permettant la génération, la transmission, le traitement (modulation, amplification) ou la conversion de signaux optiques.
Topological orderIn physics, topological order is a kind of order in the zero-temperature phase of matter (also known as quantum matter). Macroscopically, topological order is defined and described by robust ground state degeneracy and quantized non-Abelian geometric phases of degenerate ground states. Microscopically, topological orders correspond to patterns of long-range quantum entanglement. States with different topological orders (or different patterns of long range entanglements) cannot change into each other without a phase transition.
Surface waveIn physics, a surface wave is a mechanical wave that propagates along the interface between differing media. A common example is gravity waves along the surface of liquids, such as ocean waves. Gravity waves can also occur within liquids, at the interface between two fluids with different densities. Elastic surface waves can travel along the surface of solids, such as Rayleigh or Love waves. Electromagnetic waves can also propagate as "surface waves" in that they can be guided along with a refractive index gradient or along an interface between two media having different dielectric constants.
Transformation opticsTransformation optics is a branch of optics which applies metamaterials to produce spatial variations, derived from coordinate transformations, which can direct chosen bandwidths of electromagnetic radiation. This can allow for the construction of new composite artificial devices, which probably could not exist without metamaterials and coordinate transformation. Computing power that became available in the late 1990s enables prescribed quantitative values for the permittivity and permeability, the constitutive parameters, which produce localized spatial variations.
Seismic metamaterialA seismic metamaterial, is a metamaterial that is designed to counteract the adverse effects of seismic waves on artificial structures, which exist on or near the surface of the earth. Current designs of seismic metamaterials utilize configurations of boreholes, trees or proposed underground resonators to act as a large scale material. Experiments have observed both reflections and bandgap attenuation from artificially induced seismic waves.
Indice de réfractionvignette|Image des fronts d'onde émis par une source ponctuelle mettant en évidence le phénomène de réfraction. La zone inférieure située sous la ligne grise a un plus grand indice de réfraction et donc une vitesse de propagation proportionnellement inférieure à celle de la zone supérieure (pour une raison de clarté, la réflexion partielle n'est pas montrée).
Nonlinear metamaterialA nonlinear metamaterial is an artificially constructed material that can exhibit properties not yet found in nature. Its response to electromagnetic radiation can be characterized by its permittivity and material permeability. The product of the permittivity and permeability results in the refractive index. Unlike natural materials, nonlinear metamaterials can produce a negative refractive index. These can also produce a more pronounced nonlinear response than naturally occurring materials.
Propagation des ondes radioLes ondes radioélectriques ou ondes hertziennes sont des ondes électromagnétiques qui se propagent de deux façons : dans l'espace libre (propagation rayonnée, autour de la Terre par exemple) dans des lignes (propagation guidée, dans un câble coaxial ou un guide d'ondes) Le domaine des fréquences des ondes radio s'étend de à . Pour la partie théorique, on se reportera à l'article Établissement de l'équation de propagation à partir des équations de Maxwell .
