Metamalzemeler Nedir?

Metamalzemeler (metamaterials) adlarını; Yunanca sonra, öte anlamına gelen ve doğada gördüğümüzün ötesinde olanı ifade eden meta kelimesinin ve Latince madde anlamına gelen materia veya İngilizce versiyonuyla material kelimelerinin birleşiminden alırlar. Bunlar normalde doğal olarak elde ettiğimiz malzemelerde bulunmayan özel olarak laboratuvarda ürettiğimiz malzemelerdir. Avrupa Yapay Elektromanyetik Malzemeler ve Metamalzemeler Sanal Enstitüsü tarafından, metamalzeme “avantajlı ve olağandışı elektromanyetik özellikler elde etmek için tasarlanmış yapay yapısal elemanların bir düzenlemesi” olarak tanımlanır.

Metamalzemelere, mikroyapılarındaki değişiklikler sayesinde doğal olarak bulunmayan özellikler katabiliriz. Bunu, malzemeyi oluşturan yapay atomları ve molekülleri şekil ve boyut olarak uyarlayarak, kafes sabiti ve atomlar arası etkileşimi yapay olarak ayarlayarak ve kusurlar tasarlayıp istenen yerlere yerleştirerek sağlayabiliriz. Metamalzemelere kattığımız yapay özellikler olarak; negatif kırılma indeksi veya elektromanyetik perdeleme gibi doğal olarak oluşmayan elektromanyetik özelliklerden bahsedebiliriz.

Metamalzemeler Nasıl Ortaya Çıktılar?

Metamalzemelerin ortaya çıkışı optik ve malzeme bilimlerindeki farklı gelişmelerden beslense de ilk ortaya çıkısı Hintli bir bilim insanı olan Dr. Jagdish Chandra Bose’nin 1989 yılında günümüzdeki yapay kiral metamalzemelere oldukça benzeyen yapıları incelemesine dayanır.

İlk defa yapay malzeme olarak tanımlanan malzeme olan yapay dielektrikler, ana malzemeye dielektrik ya da metalik katışkı olarak yerleştirilen meta-molekül, meta-atomlardı. Yapay dielektrikler ile ilgili atılan en büyük adım 1948’de AT&T Bell Laboratuvarları’nda W.E. Kock tarafından geliştirilen malzemeydi.

Metamalzemelerin teorik özellikleri ilk defa 1960’lı yıllarda tamamen odağını temeli Maxwell denklemlerine dayanan negatif kırınım indeksi olan malzemelere yönlendirmiş olan Rus fizikçi Victor Veselago tarafından tanımlandı. Ancak o dönemde henüz yeterli araştırma olmaması da nedeniyle bu araştırmaların gideceği yön kestirilememişti. Metamalzeme terimi ilk defa 1999’da Roger Walser tarafından ortaya atıldı.

2000’de ise iki fizikçi John Pendry ve David Smith, ekipleriyle birlikte ışığın bükülmesine izin verebilecek mühendislik malzemesini elde ettiler.

Metamalzemeler ve Görünmezlik

Metamalzemeler, fantastik hikayelerin ve bilim kurgunun içinde kendisini sıklıkla bulan görünmezlik ile özdeşleşir. Bir nesne ışık ile karşılaştığında üç durumdan biri gerçekleşir. Işık ya yoluna devam eder, ya bir miktar yansır ya da tamamen yansır. Doğada varolan, klasik maddelerde karşımıza çıkan bu üç durumdan birinin gerçekleşmesidir. Peki, üç durum birden aynı zamanda gerçekleşebilir mi?

Metamalzeme tarafından yaratılan görünmezlik kamuflajı, gelen ışığın nesneden kaçınmasına, nesnenin etrafından dolaşmasına ve bozulmadan orijinal yörüngesine dönmesine neden olarak nesneyi görünmez kılan bir teknolojidir. Bu kamuflajdan, elektromanyetik pelerin olarak da bahsedilir. Bu teknolojide iç yapısını şekillendirdiğimiz malzemenin yapısındaki katışıklar ışığı negatif yönde saptırırlar ve böylece ışık malzemenin etrafından hareket eder. Bu sayede cisim görünmez hale gelir.

Kaynakça:

https://www.nanowerk.com

https://shodhganga.inflibnet.ac.in

https://www.sciencedirect.com

http://content.metamaterial.com