History of metamaterials
मेटामेट्रियल्स का इतिहास माइक्रोवेव इंजीनियरिंग में कृत्रिम परावैद्युत के साथ शुरू होता है क्योंकि यह द्वितीय विश्व युद्ध के ठीक बाद विकसित हुआ था। फिर भी, 19वीं शताब्दी के अंत में विद्युत चुम्बकीय तरंगों में हेरफेर करने के लिए कृत्रिम सामग्रियों के मौलिक अन्वेषण हैं। इसलिए, मेटामेट्रियल्स का इतिहास अनिवार्य रूप से कुछ प्रकार की निर्मित सामग्रियों के विकास का इतिहास है, जो रेडियो आवृत्ति, माइक्रोवेव और बाद में ऑप्टिकल आवृत्तियों पर परस्पर क्रिया करते हैं। जैसे-जैसे सामग्री का विज्ञान आगे बढ़ा है, फोटोनिक सामग्री विकसित की गई है जो प्रकाश के फोटॉन का उपयोग सूचना के मौलिक वाहक के रूप में करती है। इसने फोटोनिक क्रिस्टल को जन्म दिया है, और नई सहस्राब्दी की शुरुआत में, माइक्रोवेव-(10.5 गीगाहर्ट्ज़ पर) और ऑप्टिकल रेंज में अपवर्तन के नकारात्मक सूचकांक के साथ कार्यशील मेटामेट्रियल्स के लिए सिद्धांत का प्रमाण है। इसके बाद लगभग छह साल बाद माइक्रोवेव रेंज में भी मेटामेटेरियल क्लोकिंग (किसी वस्तु को देखने से बचाने) के लिए सिद्धांत का पहला प्रमाण मिला। हालांकि, एक लबादा जो पूरे विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम में वस्तुओं को छिपा सकता है, अभी भी दशकों दूर है। कई भौतिकी और इंजीनियरिंग समस्याओं को हल करने की आवश्यकता है। फिर भी, नकारात्मक अपवर्तक सामग्रियों ने लघु वायरलेस सिस्टम एंटेना के लिए मेटामेटेरियल एंटेना और मेटामेटेरियल माइक्रोवेव लेंस का विकास किया है जो अपने पारंपरिक समकक्षों की तुलना में अधिक कुशल हैं। इसके अलावा, मेटामेटेरियल एंटेना अब व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं। इस बीच, सुपरलेन्स के साथ उप-तरंग दैर्ध्य पर ध्यान केंद्रित करना भी वर्तमान समय के मेटामेट्रियल्स अनुसंधान का एक हिस्सा है। प्रारंभिक तरंग अध्ययन शास्त्रीय तरंगें माध्यम (सामग्री) के माध्यम से पदार्थ के परिवहन के बिना ऊर्जा का हस्तांतरण करती हैं। उदाहरण के लिए, तालाब में तरंगें पानी के अणुओं को एक स्थान से दूसरे स्थान पर नहीं ले जाती हैं, बल्कि तरंग की ऊर्जा पानी के माध्यम से यात्रा करती है, जिससे पानी के अणुओं को जगह पर छोड़ दिया जाता है। इसके अतिरिक्त, आवेशित कण, जैसे कि इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन चलते समय विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र बनाते हैं, और ये क्षेत्र विद्युत चुम्बकीय विकिरण या प्रकाश के रूप में जानी जाने वाली ऊर्जा के प्रकार का परिवहन करते हैं। एक बदलता हुआ चुंबकीय क्षेत्र एक बदलते हुए विद्युत क्षेत्र को प्रेरित करेगा और इसके विपरीत-दोनों जुड़े हुए हैं। ये बदलते क्षेत्र विद्युत चुम्बकीय तरंगों का निर्माण करते हैं। विद्युत चुम्बकीय तरंगें यांत्रिक तरंगों से भिन्न होती हैं क्योंकि उन्हें प्रसारित करने के लिए किसी माध्यम की आवश्यकता नहीं होती है। इसका मतलब है कि विद्युत चुम्बकीय तरंगें न केवल हवा और ठोस पदार्थों के माध्यम से, बल्कि अंतरिक्ष के निर्वात के माध्यम से भी यात्रा कर सकती हैं। "मेटामेट्रियल्स के इतिहास" में रुचि के गुणों के आधार पर विभिन्न प्रकार के प्रारंभिक बिंदु हो सकते हैं। संबंधित प्रारंभिक लहर अध्ययन 1904 में शुरू हुए और बीसवीं शताब्दी के पहले भाग के आधे से अधिक समय तक आगे बढ़े। इस प्रारंभिक शोध में समूह वेग के लिए चरण वेग का संबंध और तरंग सदिश और सूचक सदिश का संबंध शामिल था। 1904 में होरेस लैम्ब (पुस्तकः हाइड्रोडायनामिक्स) और आर्थर शूस्टर (पुस्तकः इंट्रो टू ऑप्टिक्स) द्वारा एक विरोधी समानांतर समूह वेग के साथ नकारात्मक चरण वेग की संभावना का उल्लेख किया गया था। हालाँकि दोनों ने सोचा कि इन घटनाओं की व्यावहारिक उपलब्धि संभव नहीं थी। 1945 में लियोनिद मंडेलस्टम (जिसे "मंडेलस्टम" भी कहा जाता है) ने विरोधी समानांतर चरण और समूह की प्रगति का अधिक विस्तार से अध्ययन किया। उन्हें नकारात्मक अपवर्तन प्रदर्शित करने वाली सामग्रियों की विद्युत चुम्बकीय विशेषताओं के साथ-साथ पहली बाएं हाथ की सामग्री अवधारणा की जांच करने के लिए भी जाना जाता है। इन अध्ययनों में नकारात्मक समूह वेग शामिल था। उन्होंने बताया कि इस तरह की घटनाएं एक क्रिस्टल जाली में होती हैं। इसे महत्वपूर्ण माना जा सकता है क्योंकि मेटामेटेरियल एक मानव निर्मित क्रिस्टल जाली (संरचना) है। 1905 में एच. सी. पॉकलिंगटन ने भी नकारात्मक समूह वेग से संबंधित कुछ प्रभावों का अध्ययन किया। वी. ई. पाफोमोव (1959), और कई साल बाद, शोध दल वी. एम. अग्रानोविच और वी. एल. गिन्जबर्ग (1966) ने क्रिस्टल और उत्तेजनाओं के अपने अध्ययन में नकारात्मक पारगम्यता, नकारात्मक पारगम्यता और नकारात्मक समूह वेग के प्रभावों की सूचना दी। 1967 में वी. जी. मास्को इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिक्स एंड टेक्नोलॉजी के वेसेलागो ने माध्यम के सैद्धांतिक मॉडल पर विचार किया जिसे अब मेटामेटेरियल के रूप में जाना जाता है। हालांकि, उपलब्ध सामग्री की कमी और पर्याप्त कंप्यूटिंग शक्ति की कमी के कारण पेपर के प्रकाशन के 33 साल बाद तक भौतिक प्रयोग नहीं हुआ। यह 1990 के दशक तक नहीं था कि आवश्यक संरचनाओं का कृत्रिम रूप से उत्पादन करने के लिए सामग्री और कंप्यूटिंग शक्ति उपलब्ध हो गई। वेसेलागो ने कई विद्युत चुम्बकीय घटनाओं की भी भविष्यवाणी की जो अपवर्तक सूचकांक सहित उलट जाएगी। इसके अलावा, उन्हें तरंग सदिश और अन्य विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों के विरोधी समानांतर व्यवहार के कारण वर्तमान मेटामेटेरियल के लिए "बाएं हाथ की सामग्री" शब्द बनाने का श्रेय दिया जाता है। इसके अलावा, उन्होंने नोट किया कि वह जिस सामग्री का अध्ययन कर रहे थे वह एक दोहरी नकारात्मक सामग्री थी, क्योंकि आज कुछ मेटामेट्रियल्स का नाम दिया गया है, क्योंकि दो महत्वपूर्ण मापदंडों के लिए एक साथ नकारात्मक मूल्यों का उत्पादन करने की क्षमता है, जैसे। पारगम्यता और पारगम्यता। 1968 में, उनके शोध पत्र का अंग्रेजी में अनुवाद और प्रकाशन किया गया। बाद में उन्हें नोबेल पुरस्कार के लिए नामित किया गया था। बाद में अभी भी, नैनोफैब्रिकेशन और उप-तरंग दैर्ध्य इमेजिंग तकनीकों में विकास अब इस काम को ऑप्टिकल तरंग दैर्ध्य में ले जा रहे हैं। प्रारंभिक विद्युत चुम्बकीय माध्यम 19वीं शताब्दी में मैक्सवेल के समीकरणों ने बिजली और चुंबकत्व से संबंधित सभी पिछली टिप्पणियों, प्रयोगों और स्थापित प्रस्तावों को एक सुसंगत सिद्धांत में एकजुट किया, जो प्रकाशिकी के लिए भी मौलिक है। मैक्सवेल के काम ने प्रदर्शित किया कि बिजली, चुंबकत्व और यहाँ तक कि प्रकाश सभी एक ही घटना की अभिव्यक्तियाँ हैं, अर्थात् विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र। इसी तरह, विद्युत चुम्बकीय तरंगों में हेरफेर करने के लिए एक विधि के रूप में कुछ निर्मित सामग्रियों का उपयोग करने की अवधारणा 19वीं शताब्दी की है। माइक्रोवेव सिद्धांत 19वीं शताब्दी के उत्तरार्ध के दौरान बेलनाकार परवलयिक परावर्तक, परावैद्युत लेंस, माइक्रोवेव अवशोषक, गुहा रेडिएटर, विकिरण आईरिस और पिरामिडल विद्युत चुम्बकीय हॉर्न के साथ महत्वपूर्ण रूप से विकसित हुआ था। सूक्ष्म तरंगों से जुड़े विज्ञान में गोल, वर्गाकार और आयताकार तरंग-मार्गदर्शक भी शामिल थे, जिसमें 1896 में तरंग-मार्गदर्शक संचालन पर सर रेले के प्रकाशित कार्य शामिल नहीं थे। माइक्रोवेव ऑप्टिक्स, जिसमें माइक्रोवेव का ध्यान केंद्रित करना शामिल है, ने अर्ध-ऑप्टिकल घटकों की शुरुआत की, और माइक्रोवेव ऑप्टिक्स का एक उपचार 1897 में (रिघी द्वारा) प्रकाशित किया गया था। जगदीश चंद्र बोस 1890 के दशक के दौरान मूल माइक्रोवेव अनुसंधान में शामिल एक वैज्ञानिक थे। प्रेसीडेंसी कॉलेज में भौतिकी के कार्यवाहक प्रोफेसर के रूप में उन्होंने खुद को प्रयोगशाला प्रयोगों और अपवर्तन, विवर्तन और ध्रुवीकरण के साथ-साथ ट्रांसमीटर, रिसीवर और विभिन्न माइक्रोवेव घटकों से जुड़े अध्ययनों में शामिल किया। उन्होंने रिसीवर को एक संवेदनशील गैल्वनोमीटर से जोड़ा, और रिसीवर के रूप में उपयोग करने के लिए क्रिस्टल विकसित किए। क्रिस्टल शॉर्टवेव रेडियो रेंज में संचालित होते थे। सफेद और पराबैंगनी प्रकाश दोनों का पता लगाने के लिए क्रिस्टल भी विकसित किए गए थे। इन क्रिस्टलों को विद्युत चुम्बकीय विकिरण का पता लगाने की उनकी क्षमता के लिए 1904 में पेटेंट कराया गया था। इसके अलावा, ऐसा प्रतीत होता है कि उनके काम ने 60 वर्षों तक पी-प्रकार और एन-प्रकार के अर्धचालकों के अस्तित्व का भी अनुमान लगाया था। 1895 में आम जनता के लिए, बोस दूर से एक घंटी बजाने और विद्युत चुम्बकीय तरंगों के उपयोग से बारूद को विस्फोट करने में सक्षम थे। 1896 में, यह बताया गया कि बोस ने लगभग एक मील तक विद्युत चुम्बकीय संकेतों का संचारण किया था। 1897 में, बोस ने लंदन के रॉयल इंस्टीट्यूशन में अपने माइक्रोवेव अनुसंधान (प्रयोगों) के बारे में बताया। वहाँ उन्होंने 2.5 सेंटीमीटर से 5 मिलीमीटर तक की तरंग दैर्ध्य पर अपने उपकरण का प्रदर्शन किया। प्रारंभिक कायरल मीडिया 1898 में, जगदीश चंद्र बोस ने मुड़े हुए संरचनाओं पर पहला माइक्रोवेव प्रयोग किया। ये मुड़े हुए ढांचे उन ज्यामितियों से मेल खाते हैं जिन्हें आज की शब्दावली में कृत्रिम कायरल मीडिया के रूप में जाना जाता है। इस समय तक, उन्होंने क्रिस्टल में दोहरे अपवर्तन (बायरेफ्रिंजेंस) पर भी शोध किया था। अन्य शोधों में विद्युत क्षेत्र "तरंगों" का ध्रुवीकरण शामिल था जो क्रिस्टल उत्पन्न करते हैं। उन्होंने परावैद्युत के एक वर्ग सहित अन्य सामग्रियों में इस प्रकार के ध्रुवीकरण की खोज की। इसके अलावा, किसी दिए गए पदार्थ में ऑप्टिकल गतिविधि के रूप में कायरलिटी एक ऐसी घटना है जिसका 19वीं शताब्दी से अध्ययन किया जा रहा है। 1811 तक, क्वार्ट्ज क्रिस्टल के एक अध्ययन से पता चला कि ऐसे क्रिस्टलीय ठोस प्रकाशिक गतिविधि को दर्शाते हुए ध्रुवीकृत प्रकाश के ध्रुवीकरण को घुमाते हैं। 1815 तक, क्रिस्टलों के अलावा अन्य सामग्री, जैसे कि तारपीन का तेल चिरैलिटी प्रदर्शित करने के लिए जाना जाता था। हालांकि, मूल कारण का पता नहीं चल सका था। लुई पाश्चर ने समस्या (अणुओं की कायरलिटी) को हल किया जिससे एक नया विषय उत्पन्न हुआ जिसे स्टीरियोकेमिस्ट्री के रूप में जाना जाता है। मैक्रोस्कोपिक पैमाने पर, लिंडमैन ने 1920 और 1922 में तार सर्पिल (तार हेलिक्स) के साथ समस्या के लिए माइक्रोवेव लागू किए। कार्ल एफ. लिंडमैन ने 1914 से और 1920 के दशक में यादृच्छिक रूप से उन्मुख छोटे सर्पिलों के संग्रह द्वारा गठित कृत्रिम कायरल मीडिया का अध्ययन किया। उनके बारे में वर्तमान मेटामेट्रियल्स वैज्ञानिकोंः इस्मो वी. लिंडेल, एरी एच. सिहवोला और जुहानी कुर्किजार्वी ने लिखा था। 20वीं शताब्दी के कृत्रिम परावैद्युत उपोत्पादों से संबंधित अधिकांश ऐतिहासिक शोध द्वितीय विश्व युद्ध के ठीक बाद माइक्रोवेव इंजीनियरिंग के भीतर एंटीना बीम के आकार के दृष्टिकोण से भारित हैं। इसके अलावा, 1940 के दशक के अंत, 1950 के दशक और 1960 के दशक में कृत्रिम परावैद्युत से संबंधित शोध से ऐतिहासिक रूप से मेटामेट्रियल्स जुड़े हुए प्रतीत होते हैं। पिछले दशकों में कृत्रिम परावैद्युत के लिए सबसे आम उपयोग एंटीना बीम को आकार देने के लिए माइक्रोवेव व्यवस्था में किया गया है। कृत्रिम परावैद्युत को कम लागत और हल्के "उपकरण" के रूप में प्रस्तावित किया गया था। विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम के प्रासंगिक भागों के लिए मेटामेट्रियल्स के अलावा कृत्रिम परावैद्युत पर अनुसंधान अभी भी जारी है। माइक्रोवेव में कृत्रिम परावैद्युत पर माइक्रोवेव इंजीनियरिंग में अग्रणी कार्यों का निर्माण विंस्टन ई. कॉक, सीमोर कोहन, जॉन ब्राउन और वाल्टर रोटमैन ने किया था। आवधिक कृत्रिम संरचनाओं का प्रस्ताव कॉक, रोटमैन और सर्गेई शेलकुनॉफ द्वारा किया गया था। एक व्यापक संदर्भ सूची भी है जो 1991 की पुस्तक, रॉबर्ट ई. कॉलिन की फील्ड थ्योरी ऑफ गाइडेड वेव्स में कृत्रिम परावैद्युत के गुणों पर केंद्रित है। शेलकुनॉफ ने एंटीना सिद्धांत और विद्युत चुम्बकीय तरंग प्रसार में योगदान के लिए ध्यान आकर्षित किया। कैपेसिटिवली लोडेड लूप्स से बने चुंबकीय कणों का सुझाव भी 1952 में सर्गेई शेलकुनॉफ ने दिया था (जो उस समय बेल लैब्स में विंस्टन कॉक के वरिष्ठ सहयोगी थे)। हालांकि, शेलकुनॉफ ने इन कणों को उच्च पारगम्यता (और नकारात्मक नहीं) मूल्यों को संश्लेषित करने के साधन के रूप में सुझाया, लेकिन उन्होंने माना कि इस तरह की उच्च पारगम्यता कृत्रिम परावैद्युत काफी फैलाने वाले होंगे। डब्ल्यू. ई. कॉक ने एंटेना के लिए धातु और तार लेंस का प्रस्ताव रखा। इनमें से कुछ धातु विलंब लेंस, समानांतर-तार लेंस और तार जाल लेंस हैं। इसके अलावा, उन्होंने एक अर्धस्थैतिक विद्युत चुम्बकीय विकिरण के लिए अनुकूलित धातु कणों की प्रतिक्रिया के बारे में विश्लेषणात्मक अध्ययन किए। मेटामेट्रियल्स के व्यवहार को व्यक्त करने वाले शोधकर्ताओं के वर्तमान बड़े समूह के साथ, कॉक ने कृत्रिम पदार्थों में व्यवहार और संरचना का उल्लेख किया जो मेटामेट्रियल्स के समान हैं। उन्होंने कणों को नियोजित किया, जो अलग-अलग ज्यामितीय आकार के होंगे; गोले, डिस्क, दीर्घवृत्त और प्रोलेट या ओब्लेट स्फेरॉइड, और एक सरणी विन्यास के हिस्से के रूप में या तो अलग किए जाएंगे या दोहराए जाने वाले पैटर्न में सेट किए जाएंगे। इसके अलावा, वह यह निर्धारित करने में सक्षम था कि ऐसे कण एक अस्तरक माध्यम के रूप में व्यवहार करते हैं। उन्होंने यह भी देखा कि इन कणों की पारगम्यता "ε" और पारगम्यता "μ" को उद्देश्यपूर्ण रूप से ट्यून किया जा सकता है, लेकिन स्वतंत्र रूप से नहीं। हालांकि, मेटामेट्रियल्स के साथ, ε और μ दोनों के लिए स्थानीय मूल्यों को निर्माण प्रक्रिया के हिस्से के रूप में डिज़ाइन किया गया है, या सैद्धांतिक अध्ययनों में विश्लेषणात्मक रूप से डिज़ाइन किया गया है। इस प्रक्रिया के कारण, व्यक्तिगत मेटामेटेरियल समावेशन को स्वतंत्र रूप से ट्यून किया जा सकता है। कृत्रिम परावैद्युत के साथ कॉक यह देखने में सक्षम था कि पारगम्यता और पारगम्यता के लिए कोई भी मूल्य, मनमाने ढंग से बड़ा या छोटा, प्राप्त किया जा सकता है, और इसमें इन मापदंडों के लिए नकारात्मक मूल्यों की संभावना शामिल है। माध्यम के प्रकाशिक गुण पूरी तरह से कणों के ज्यामितीय आकार और अंतराल पर निर्भर करते थे, न कि उनके अपने आंतरिक व्यवहार पर। उनके काम ने स्प्लिट-रिंग रेज़ोनेटर का भी अनुमान लगाया, जो एक मनगढ़ंत आवधिक संरचना है जो मेटामेट्रियल्स के लिए एक सामान्य वर्कहॉर्स है। हालांकि, कॉक ने ε और μ के नकारात्मक मूल्यों की एक साथ घटना की जांच नहीं की, जो आधुनिक मेटामेट्रियल्स को परिभाषित करने वाली पहली उपलब्धियों में से एक बन गई है। ऐसा इसलिए था क्योंकि कृत्रिम सामग्रियों में अनुसंधान अन्य लक्ष्यों की ओर उन्मुख था, जैसे कि आर. एफ. या माइक्रोवेव आवृत्तियों पर प्लाज्मा मीडिया बनाना जो उस समय नासा और अंतरिक्ष कार्यक्रम की व्यापक जरूरतों से संबंधित था। वाल्टर रोटमैन और आर. एफ. टर्नर एक लेंस के साथ उन्नत माइक्रोवेव बीम शेपिंग सिस्टम जिसमें तीन सही फोकल पॉइंट होते हैं; दो सममित रूप से ऑफ-एक्सिस और एक ऑन-एक्सिस स्थित होते हैं। उन्होंने बेहतर स्ट्रेट-फ्रंट-फेस लेंस के लिए डिज़ाइन समीकरण, इसकी चरण नियंत्रण क्षमताओं का मूल्यांकन, स्कैनिंग क्षमताओं और इस प्रकार के डिज़ाइन पर लागू प्रदर्शित निर्माण तकनीकों को प्रकाशित किया। रोटमैन ने अन्य आवधिक संरचनाओं का आविष्कार किया जिसमें कई प्रकार के सतह तरंग एंटेना शामिल हैंः गर्त तरंग गाइड, चैनल तरंग गाइड और सैंडविच तार एंटीना। फोटोनिक संरचनाएँ "कुछ सौ गीगाहर्ट्ज़ और उससे कम की आवृत्तियों पर, इलेक्ट्रॉन मुख्य कण होते हैं जो उपकरणों के वर्कहॉर्स के रूप में काम करते हैं। दूसरी ओर, ऑप्टिकल से पराबैंगनी तरंग दैर्ध्य के माध्यम से अवरक्त पर, फोटॉन पसंद का मौलिक कण है। 'फोटोनिक्स' शब्द 1960 के दशक के अंत में एक शोध क्षेत्र का वर्णन करने के लिए प्रकट हुआ जिसका लक्ष्य उन कार्यों को करने के लिए प्रकाश का उपयोग करना था जो पारंपरिक रूप से इलेक्ट्रॉनिक्स के विशिष्ट क्षेत्र के भीतर आते हैं, जैसे कि दूरसंचार, सूचना प्रसंस्करण, अन्य प्रक्रियाओं के बीच। फोटोनिक्स शब्द अधिक विशेष रूप से दर्शाता हैः प्रकाश के कण गुण, फोटॉन का उपयोग करके संकेत प्रसंस्करण उपकरण प्रौद्योगिकियों के निर्माण की क्षमता, प्रकाशिकी का व्यावहारिक अनुप्रयोग, और इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए एक सादृश्य। इसलिए, जैसे-जैसे फोटोनिक पदार्थों का उपयोग किया जाता है, इलेक्ट्रॉनों के बजाय फोटॉन सूचना के मौलिक वाहक बन जाते हैं। इसके अलावा, फोटॉन सूचना का एक अधिक कुशल वाहक प्रतीत होता है, और ऐसी सामग्री जो फोटोनिक संकेतों को संसाधित कर सकती है, दोनों उपयोग में हैं और आगे विकास में हैं। इसके अतिरिक्त, फोटोनिक सामग्री के विकास से घटकों को और छोटा किया जा सकेगा। 1987 में एली याब्लोनोविच ने स्वतःस्फूर्त उत्सर्जन को नियंत्रित करने और आवधिक परावैद्युत में भौतिक क्षेत्रों के निर्माण का प्रस्ताव रखा जो विद्युत चुम्बकीय विकिरण की कुछ तरंग दैर्ध्य को मना करते हैं। इन क्षमताओं को त्रि-आयामी आवधिक अस्तरक संरचनाओं (कृत्रिम अस्तरक) में बनाया जाएगा। उन्होंने कहा कि अर्धचालक प्रक्रियाओं के लिए स्वतःस्फूर्त उत्सर्जन को नियंत्रित करना वांछनीय है। ऐतिहासिक रूप से, और पारंपरिक रूप से, पदार्थों के कार्य या व्यवहार को उनके रसायन विज्ञान के माध्यम से बदला जा सकता है। यह लंबे समय से ज्ञात है। उदाहरण के लिए, सीसा जोड़ने से कांच का रंग या कठोरता बदल जाती है। हालाँकि, 20वीं शताब्दी के अंत में इस विवरण का विस्तार लंदन के इंपीरियल कॉलेज के एक भौतिक विज्ञानी जॉन पेंड्री ने किया था। 1990 के दशक में वे एक ब्रिटिश कंपनी, मार्कोनी मैटेरियल्स टेक्नोलॉजी के लिए एक संघनित पदार्थ भौतिकी विशेषज्ञ के रूप में परामर्श दे रहे थे। कंपनी ने विकिरण-अवशोषित कार्बन से बनी एक गुप्त तकनीक का निर्माण किया जो नौसेना के जहाजों के लिए थी। हालाँकि, कंपनी को सामग्री की भौतिकी समझ में नहीं आई। कंपनी ने पेंड्री से पूछा कि क्या वह समझ सकते हैं कि सामग्री कैसे काम करती है। पेंड्री ने पाया कि विकिरण अवशोषण गुण सामग्री की आणविक या रासायनिक संरचना से नहीं आता है, अर्थात। कार्बन प्रति से। यह गुण कार्बन फाइबर के लंबे और पतले, भौतिक आकार से आया था। उन्होंने महसूस किया कि पारंपरिक रूप से किसी सामग्री को उसके रसायन विज्ञान के माध्यम से बदलने के बजाय, जैसा कि सीसा कांच के साथ करता है, किसी सामग्री के व्यवहार को बहुत महीन पैमाने पर सामग्री की आंतरिक संरचना को बदलकर बदला जा सकता है। बहुत महीन पैमाना लागू किए गए विद्युत चुम्बकीय विकिरण की तरंग दैर्ध्य से कम था। यह सिद्धांत आज की प्रौद्योगिकियों द्वारा उपयोग किए जाने वाले विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम में लागू होता है। रुचि के विकिरण रेडियो तरंगों और माइक्रोवेव से, अवरक्त के माध्यम से दृश्य तरंग दैर्ध्य तक होते हैं। वैज्ञानिक इस सामग्री को पारंपरिक सामग्री से परे मानते हैं। इसलिए, यूनानी शब्द "मेटा" संलग्न किया गया था, और इन्हें मेटामेट्रियल्स कहा जाता है। कार्बन फाइबर संरचना को सफलतापूर्वक समझने और महसूस करने के बाद, पेंड्री ने आगे प्रस्ताव दिया कि वह एक गैर-चुंबकीय सामग्री के चुंबकीय गुणों को बदलने की कोशिश करते हैं, इसकी भौतिक संरचना को भी बदलकर। सामग्री आंतरिक रूप से चुंबकीय नहीं होगी, न ही स्वाभाविक रूप से चुंबकीय होने के लिए अतिसंवेदनशील होगी। तांबा तार एक ऐसी गैर-चुंबकीय सामग्री है। उन्होंने एक गैर-चुंबकीय समग्र सामग्री बनाने की कल्पना की, जो परमाणुओं की परिक्रमा करने वाले इलेक्ट्रॉनों की गतिविधियों की नकल कर सकता है। हालांकि, संरचनाओं को एक ऐसे पैमाने पर गढ़ा जाता है जो परमाणु से बड़ा होता है, फिर भी विकिरणित तरंग दैर्ध्य से छोटा होता है। उन्होंने कल्पना की और परिकल्पना की कि फाइबरग्लास सब्सट्रेट में सेट किए गए तांबे के तार के लघु लूप इलेक्ट्रॉनों की क्रिया की नकल कर सकते हैं लेकिन बड़े पैमाने पर। इसके अलावा, यह मिश्रित सामग्री लोहे के स्लैब की तरह काम कर सकती है। इसके अलावा, उन्होंने अनुमान लगाया कि तार के लूप के माध्यम से एक धारा चलने से चुंबकीय प्रतिक्रिया होती है। इस मेटामेटेरियल विचार के परिणामस्वरूप भिन्नताएँ आईं। लूप को काटने से एक चुंबकीय अनुनाद होता है, जो एक स्विच की तरह काम करता है। स्विच, बदले में, पेंड्री को केवल पसंद से सामग्री के चुंबकीय गुणों को निर्धारित करने या बदलने की अनुमति देगा। उस समय, पेंड्री को उन दो सामग्रियों के महत्व का एहसास नहीं था जिन्हें उन्होंने इंजीनियर किया था। मार्कोनी के रडार-अवशोषित करने वाली सामग्री के विद्युत गुणों को अपनी नई मानव निर्मित चुंबकीय सामग्री के साथ जोड़कर उन्होंने अनजाने में अपने हाथों में विद्युत चुम्बकीय विकिरण में हेरफेर करने का एक नया तरीका रखा था। 1999 में, पेंड्री ने एक उल्लेखनीय भौतिकी पत्रिका में कृत्रिम रूप से उत्पादित चुंबकीय सामग्री की अपनी नई अवधारणा प्रकाशित की। यह दुनिया भर के वैज्ञानिकों द्वारा पढ़ा गया था, और इसने "उनकी कल्पना को प्रेरित किया।" नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक 1967 में, विक्टर वेसेलागो ने एक सैद्धांतिक सामग्री पर अक्सर उद्धृत, मौलिक कार्य का उत्पादन किया जो असाधारण प्रभाव पैदा कर सकता है जो प्रकृति में उत्पन्न करना मुश्किल या असंभव है। उस समय उन्होंने प्रस्ताव दिया कि स्नेल के नियम का उलटना, एक असाधारण लेंस और अन्य असाधारण घटनाएं भौतिकी के नियमों के भीतर हो सकती हैं। यह सिद्धांत कुछ दशकों तक निष्क्रिय रहा। प्रकृति में ऐसी कोई सामग्री उपलब्ध नहीं थी, या अन्यथा, जो वेसेलागो के विश्लेषण को भौतिक रूप से महसूस कर सके। तैंतीस साल बाद तक इस सामग्री के गुण, एक मेटामेटेरियल, भौतिकी और इंजीनियरिंग का एक उपशाखा नहीं बन गए। हालाँकि, कुछ अवलोकन, प्रदर्शन और कार्यान्वयन थे जो इस काम से बहुत पहले थे। धातुओं की पारगम्यता, उन मूल्यों के साथ जिन्हें सकारात्मक से नकारात्मक क्षेत्र तक बढ़ाया जा सकता है, का व्यापक अध्ययन किया गया था। दूसरे शब्दों में, नकारात्मक पारगम्यता उस समय तक एक ज्ञात घटना थी जब पहली मेटामेटेरियल का उत्पादन किया गया था। कॉक के समकालीन इस प्रकार के शोध में शामिल थे। आयनमंडल और नासा अंतरिक्ष वाहनों के पुनः प्रवेश के बीच बातचीत के शोध के लिए अमेरिकी सरकार द्वारा केंद्रित प्रयास का नेतृत्व किया गया था। 1990 के दशक में, पेंड्री एट अल। क्रिस्टल संरचनाओं के अनुरूप क्रमिक रूप से दोहराए जाने वाले पतले तार संरचनाओं का विकास किया। ये सामग्री पारगम्यता की सीमा को विस्तारित करते हैं। हालाँकि, पेंड्री एट अल द्वारा विकसित एक अधिक क्रांतिकारी संरचना। एक ऐसी संरचना थी जो विकिरणित प्रकाश की चुंबकीय अंतःक्रियाओं (पारगम्यता) को नियंत्रित कर सकती थी, हालांकि केवल माइक्रोवेव आवृत्तियों पर। यह क्रमिक रूप से दोहराया जाने वाला, विभाजित वलय संरचना, सामग्री चुंबकीय मापदंडों को नकारात्मक में विस्तारित करता है। इस जाली या आवधिक, "चुंबकीय" संरचना का निर्माण गैर-चुंबकीय घटकों से किया गया था। इसलिए, विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र में, पहले मेटामेट्रियल्स का उत्पादन करने के लिए एक साथ होने वाली पारगम्यता और पारगम्यता के लिए एक नकारात्मक मूल्य की आवश्यकता थी। ये वेसेलागो के मूल 1967 के प्रस्ताव के संबंध में सिद्धांत के प्रमाण के लिए शुरुआती कदम थे। 2000 में, यू. सी. एस. डी. शोधकर्ताओं की एक टीम ने मेटामेट्रियल्स का उत्पादन और प्रदर्शन किया, जिन्होंने असामान्य भौतिक गुणों का प्रदर्शन किया जो प्रकृति में पहले कभी उत्पादित नहीं हुए थे। ये पदार्थ भौतिकी के नियमों का पालन करते हैं, लेकिन सामान्य पदार्थों से अलग व्यवहार करते हैं। संक्षेप में इन नकारात्मक सूचकांक मेटामेट्रियलों को सामान्य ऑप्टिकल सामग्री के व्यवहार को नियंत्रित करने वाले कई भौतिक गुणों को उलटने की क्षमता के लिए जाना जाता था। उन असामान्य गुणों में से एक पहली बार स्नेल के अपवर्तन के नियम को उलटने की क्षमता है। यू. सी. एस. डी. दल द्वारा इस मई 2000 के प्रदर्शन तक, सामग्री उपलब्ध नहीं थी। 1990 के दशक के दौरान निर्माण और गणना क्षमताओं में प्रगति ने इन पहली मेटामेट्रियलों का निर्माण करने की अनुमति दी। इस प्रकार, 30 साल पहले विक्टर वेसेलागो द्वारा वर्णित प्रभावों के लिए "नई" मेटामेटेरियल का परीक्षण शुरू हुआ, लेकिन केवल माइक्रोवेव आवृत्ति क्षेत्र में शुरू में। संबंधित प्रकाशित लेख में समूह वेग के व्युत्क्रम की स्पष्ट रूप से घोषणा की गई थी। सुपर लेंस सुपर लेंस या सुपर लेंस जॉन पेंड्री के काम पर आधारित एक व्यावहारिक संरचना है जो एक सही लेंस का वर्णन करता है जो सभी चार फूरियर घटकों को केंद्रित करके विवर्तन सीमा से परे जा सकता है। पेंड्री के पेपर में एक सैद्धांतिक नए लेंस का वर्णन किया गया है जो नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक व्यवहार को नियोजित करके विवर्तन सीमा से नीचे की छवियों को पकड़ सकता है। सुपर लेंस इस सिद्धांत का एक व्यावहारिक अहसास है। यह एक कार्यशील लेंस है जो विवर्तन सीमा से नीचे की छवियों को पकड़ सकता है, भले ही पारंपरिक सामग्रियों की अक्षमताओं के कारण सीमाएं होती हैं। इसका मतलब है कि हालांकि नुकसान हुआ है, यह दिखाने के लिए पर्याप्त छवि वापस की गई है कि यह काम एक सफल प्रदर्शन था। उल्फ लियोनहार्ड्ट का जन्म पूर्वी जर्मनी में हुआ था, और वर्तमान में स्कॉटलैंड में सेंट एंड्रयूज विश्वविद्यालय में सैद्धांतिक भौतिकी की कुर्सी पर हैं, और उन्हें एक अदृश्य वस्त्र बनाने के विज्ञान में अग्रणी माना जाता है। 1999 के आसपास, लियोनहार्ड्ट ने कुछ अन्य सहयोगियों के साथ एक क्लोकिंग उपकरण बनाने पर काम करना शुरू किया। लियोनहार्ड्ट ने कहा कि उस समय अदृश्यता को फैशन नहीं माना जाता था। इसके बाद उन्होंने "ऑप्टिकल कन्फॉर्मल मैपिंग" नामक एक सैद्धांतिक अध्ययन लिखा। पहला वाक्य उद्देश्य का सारांश देता हैः "एक अदृश्य उपकरण को किसी वस्तु के चारों ओर प्रकाश का मार्गदर्शन करना चाहिए जैसे कि कुछ भी नहीं था।" 2005 में, उन्होंने तीन उल्लेखनीय वैज्ञानिक पत्रिकाओं, प्रकृति, प्रकृति भौतिकी और विज्ञान को शोध पत्र भेजा। प्रत्येक पत्रिका ने, बदले में, पेपर को अस्वीकार कर दिया। 2006 में, फिजिकल रिव्यू लेटर्स ने भी पेपर को प्रकाशन के लिए अस्वीकार कर दिया। हालाँकि, पी. आर. एल. मूल्यांकन के अनुसार, अनाम समीक्षकों में से एक ने नोट किया कि (वह या वह) पिछले महीनों में जॉन पेंड्री के समूह के साथ दो बैठकों में गए थे, जो एक क्लोकिंग डिवाइस पर भी काम कर रहे थे। बैठकों से, समीक्षक को एक पेटेंट के बारे में भी पता चला जिसे पेंड्री और उनके सहयोगियों को दाखिल करना था। लियोनहार्ड्ट उस समय पेंड्री समूह के काम से अनजान थे। पेंड्री बैठकों के कारण, लियोनहार्ड्ट के काम को समीक्षक द्वारा वास्तव में नई भौतिकी नहीं माना गया था और इसलिए, भौतिक समीक्षा पत्रों में प्रकाशन के योग्य नहीं था। बाद में 2006 में, साइंस (पत्रिका) ने अपने फैसले को उलट दिया और अपने शोध पत्र को प्रकाशित करने के लिए लियोनहार्ड्ट से संपर्क किया क्योंकि इसे अभी-अभी पेंड्री की टीम से "विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों को नियंत्रित करना" नामक एक सैद्धांतिक अध्ययन प्राप्त हुआ था। साइंस ने दोनों शोध पत्रों को आश्चर्यजनक रूप से समान माना और दोनों को 25 मई, 2006 को साइंस एक्सप्रेस के एक ही अंक में प्रकाशित किया। प्रकाशित शोध पत्रों ने दुनिया भर के स्थानों पर क्लोकिंग उपकरणों के निर्माण के लिए एक दर्जन समूहों द्वारा किए गए शोध प्रयासों को छुआ, जो दोनों शोध पत्रों के गणित का परीक्षण करेंगे। उल्लेखनीय अदृश्यता क्लोक सिद्धांतों के प्रस्तुत होने के कुछ ही महीनों बाद, ड्यूक विश्वविद्यालय (अक्टूबर 2006) के इंजीनियरिंग शोधकर्ताओं, डेविड शूरिग और डेविड स्मिथ द्वारा एक व्यावहारिक उपकरण का निर्माण और प्रदर्शन किया गया था। यह माइक्रोवेव रेंज तक सीमित था इसलिए वस्तु मानव आंख के लिए अदृश्य नहीं थी। हालाँकि, इसने सिद्धांत के प्रमाण का प्रदर्शन किया। परिवर्तन प्रकाशिकी क्लोकिंग पर मूल सैद्धांतिक पत्रों ने एक नया विज्ञान विषय खोला जिसे परिवर्तन प्रकाशिकी कहा जाता है। मेटामेटेरियल क्लोकिंग ध्वनिक मेटामेट्रियल्स क्वांटम मेटामेट्रियल्स फोटोनिक मेटामेट्रियल्स अरैखिक मेटामेट्रियल्स भूकंपीय मेटामेट्रियल्स मेटामेटेरियल अवशोषक प्लाजमोनिक मेटामेट्रियल्स टेराहर्ट्ज़ मेटामेट्रियल्स ट्यूनेबल मेटामेट्रियल्स स्प्लिट-रिंग रेज़ोनेटर थ्योरीज़ ऑफ क्लोकिंग नोट्स संदर्भ आगे पढ़ने और सामान्य संदर्भ मोबाइल मेटल प्लेट एंटीना के निर्माण का विवरण। आमंत्रित पेपरः-मेटामटेरियल्स रिसर्च की तकनीकी समीक्षा। स्ल्यूसर वी. आई. एंटीना समाधान पर मेटामेट्रियल्स.// एंटीना सिद्धांत और तकनीक पर 7वां अंतर्राष्ट्रीय सम्मेलन आईसीएटीटी '09, ल्वीव, यूक्रेन, 6-9 अक्टूबर, 2009। - पीपी। 19-24 बाहरी लिंक मेटामेट्रियल्स मेटामेट्रियल्स एंटीना (रेडियो)