History of metamaterials
میٹا میٹریلز کی تاریخ مائکروویو انجینئرنگ میں مصنوعی ڈائی الیکٹرکس سے شروع ہوتی ہے کیونکہ یہ دوسری جنگ عظیم کے فورا بعد تیار ہوئی تھی۔ پھر بھی، 19 ویں صدی کے آخر میں برقی مقناطیسی لہروں میں ہیرا پھیری کے لیے مصنوعی مواد کی بنیادی کھوج موجود ہے۔ لہذا، میٹا میٹریلز کی تاریخ بنیادی طور پر مخصوص قسم کے تیار شدہ مواد کو تیار کرنے کی تاریخ ہے، جو ریڈیو فریکوئنسی، مائکروویو اور بعد میں آپٹیکل فریکوئنسی پر تعامل کرتے ہیں۔ جیسے جیسے مواد کی سائنس نے ترقی کی ہے، فوٹوونک مواد تیار کیے گئے ہیں جو روشنی کے فوٹون کو معلومات کے بنیادی کیریئر کے طور پر استعمال کرتے ہیں۔ اس کی وجہ سے فوٹونک کرسٹل پیدا ہوئے، اور نئے ملینیم کے آغاز میں، مائکروویو-(10.5 گیگا ہرٹز پر) اور نظری رینج میں اضطراب کے منفی اشاریہ کے ساتھ میٹا میٹریلز کے کام کرنے کے اصول کا ثبوت۔ اس کے بعد تقریبا چھ سال بعد مائکروویو رینج میں بھی میٹا میٹریل کلاکنگ (کسی چیز کو دیکھنے سے بچانے) کے اصول کا پہلا ثبوت سامنے آیا۔ تاہم، ایک لباس جو پورے برقی مقناطیسی سپیکٹرم میں اشیاء کو چھپا سکتا ہے اب بھی کئی دہائیاں دور ہے۔ طبیعیات اور انجینئرنگ کے بہت سے مسائل کو حل کرنے کی ضرورت ہے۔ اس کے باوجود، منفی ریفریکٹیو مواد نے چھوٹے وائرلیس سسٹم اینٹینا کے لیے میٹا میٹریل اینٹینا اور میٹا میٹریل مائکروویو لینس کی ترقی کا باعث بنے ہیں جو اپنے روایتی ہم منصبوں کے مقابلے میں زیادہ موثر ہیں۔ نیز، میٹا میٹریل اینٹینا اب تجارتی طور پر دستیاب ہیں۔ دریں اثنا، سپر لینز کے ساتھ ذیلی طول موج پر توجہ مرکوز کرنا بھی موجودہ دور کی میٹامٹریئل تحقیق کا ایک حصہ ہے۔ ابتدائی لہر کا مطالعہ کلاسیکی لہریں مادے کو میڈیم (مواد) کے ذریعے منتقل کیے بغیر توانائی کی منتقلی کرتی ہیں۔ مثال کے طور پر، تالاب میں لہریں پانی کے مالیکیولز کو ایک جگہ سے دوسری جگہ نہیں لے جاتی ہیں ؛ بلکہ لہر کی توانائی پانی کے ذریعے سفر کرتی ہے، اور پانی کے مالیکیولز کو اپنی جگہ پر چھوڑ دیتی ہے۔ مزید برآں، چارج شدہ ذرات، جیسے الیکٹران اور پروٹون حرکت کرتے وقت برقی مقناطیسی میدان بناتے ہیں، اور یہ میدان برقی مقناطیسی تابکاری، یا روشنی کے نام سے جانے والی توانائی کی قسم کو منتقل کرتے ہیں۔ ایک بدلتا ہوا مقناطیسی میدان بدلتے ہوئے برقی میدان کو جنم دے گا اور اس کے برعکس-یہ دونوں جڑے ہوئے ہیں۔ یہ بدلتے ہوئے میدان برقی مقناطیسی لہروں کی تشکیل کرتے ہیں۔ برقی مقناطیسی لہریں مکینیکل لہروں سے اس لحاظ سے مختلف ہوتی ہیں کہ انہیں پھیلنے کے لیے کسی میڈیم کی ضرورت نہیں ہوتی۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ برقی مقناطیسی لہریں نہ صرف ہوا اور ٹھوس مادوں کے ذریعے بلکہ خلا کے خلا کے ذریعے بھی سفر کر سکتی ہیں۔ "میٹا میٹریلز کی تاریخ" میں دلچسپی کی خصوصیات کے لحاظ سے مختلف ابتدائی نکات ہو سکتے ہیں۔ متعلقہ ابتدائی لہر کے مطالعے 1904 میں شروع ہوئے اور بیسویں صدی کے پہلے حصے کے نصف سے زیادہ حصے میں ترقی کی۔ اس ابتدائی تحقیق میں مرحلے کی رفتار کا گروپ کی رفتار سے تعلق اور لہر ویکٹر اور پوائنٹنگ ویکٹر کا تعلق شامل تھا۔ 1904 میں مخالف متوازی گروپ کی رفتار کے ساتھ منفی مرحلے کی رفتار کے امکان کو ہوریس لیمب (کتاب: ہائیڈرو ڈائنامکس) اور آرتھر شسٹر (کتاب: انٹرو ٹو آپٹکس) نے نوٹ کیا تھا۔ تاہم دونوں کا خیال تھا کہ ان مظاہر کا عملی حصول ممکن نہیں تھا۔ 1945 میں لیونڈ مینڈلسٹام (جسے "مینڈلشتم" بھی کہا جاتا ہے) نے مخالف متوازی مرحلے اور گروپ کی پیش قدمی کا مزید تفصیل سے مطالعہ کیا۔ وہ منفی اضطراب کا مظاہرہ کرنے والے مواد کی برقی مقناطیسی خصوصیات کے ساتھ ساتھ پہلے بائیں ہاتھ والے مادی تصور کی جانچ پڑتال کے لیے بھی مشہور ہیں۔ ان مطالعات میں منفی گروپ کی رفتار شامل تھی۔ انہوں نے بتایا کہ اس طرح کے مظاہر ایک کرسٹل جالی میں پائے جاتے ہیں۔ اسے اہم سمجھا جا سکتا ہے کیونکہ میٹا میٹریل انسان کی بنائی ہوئی کرسٹل جالی (ساخت) ہے۔ 1905 میں ایچ سی پوکلنگٹن نے منفی گروپ کی رفتار سے متعلق کچھ اثرات کا بھی مطالعہ کیا۔ وی۔ ای۔ پافوموف (1959)، اور کئی سال بعد، تحقیقی ٹیم وی۔ ایم۔ اگرانوویچ اور وی ایل۔ گینزبرگ (1966) نے کرسٹل اور ایکسائٹن کے اپنے مطالعہ میں منفی اجازت، منفی پارگمیتا، اور منفی گروپ کی رفتار کے اثرات کی اطلاع دی۔ 1967 میں وی۔ جی۔ ماسکو انسٹی ٹیوٹ آف فزکس اینڈ ٹیکنالوجی کے ویسلاگو نے میڈیم کے نظریاتی ماڈل پر غور کیا جو اب میٹا میٹریل کے نام سے جانا جاتا ہے۔ تاہم، دستیاب مواد کی کمی اور کافی کمپیوٹنگ طاقت کی کمی کی وجہ سے مقالے کی اشاعت کے 33 سال بعد تک جسمانی تجربہ نہیں ہوا۔ یہ 1990 کی دہائی تک نہیں تھا کہ مواد اور کمپیوٹنگ کی طاقت مصنوعی طور پر ضروری ڈھانچے تیار کرنے کے لیے دستیاب ہو گئی۔ ویسلاگو نے متعدد برقی مقناطیسی مظاہر کی بھی پیش گوئی کی جو ریفریکٹیو انڈیکس سمیت الٹ جائیں گے۔ اس کے علاوہ، انہیں لہر ویکٹر اور دیگر برقی مقناطیسی شعبوں کے مخالف متوازی رویے کی وجہ سے موجودہ دور کے میٹامیٹریئل کے لیے "لیفٹ ہینڈ میٹریل" کی اصطلاح وضع کرنے کا سہرا دیا جاتا ہے۔ مزید برآں، انہوں نے نوٹ کیا کہ وہ جس مواد کا مطالعہ کر رہے تھے وہ ایک دوگنا منفی مواد تھا، کیونکہ آج کچھ میٹامٹریئلز کا نام دیا گیا ہے، کیونکہ بیک وقت دو اہم پیرامیٹرز کے لیے منفی اقدار پیدا کرنے کی صلاحیت ہے، مثال کے طور پر۔ اجازت اور پارگمیتا۔ 1968 میں ان کے مقالے کا انگریزی میں ترجمہ اور اشاعت ہوئی۔ بعد میں انہیں نوبل انعام کے لیے نامزد کیا گیا۔ بعد میں اب بھی، نینو فیبریکیشن اور ذیلی طول موج امیجنگ تکنیک میں ہونے والی پیش رفت اب اس کام کو نظری طول موج میں لے جا رہی ہے۔ ابتدائی برقی مقناطیسی میڈیا 19 ویں صدی میں میکسویل کی مساوات نے بجلی اور مقناطیسیت سے متعلق تمام پچھلے مشاہدات، تجربات اور قائم کردہ تجاویز کو ایک مستقل نظریہ میں متحد کیا، جو آپٹکس کے لیے بھی بنیادی ہے۔ میکسویل کے کام نے یہ ظاہر کیا کہ بجلی، مقناطیسیت اور یہاں تک کہ روشنی بھی ایک ہی رجحان کے مظہر ہیں، یعنی برقی مقناطیسی میدان۔ اسی طرح، برقی مقناطیسی لہروں کو جوڑنے کے طریقہ کار کے طور پر کچھ تعمیر شدہ مواد کو استعمال کرنے کا تصور 19 ویں صدی کا ہے۔ مائکروویو تھیوری نے 19 ویں صدی کے آخری حصے کے دوران سلنڈریکل پیرابولک ریفلیکٹر، ڈائی الیکٹرک لینس، مائکروویو آبزوربرز، کیوٹی ریڈی ایٹر، ریڈیٹنگ آئیرس، اور اہرام برقی مقناطیسی ہارن کے ساتھ نمایاں طور پر ترقی کی تھی۔ مائکروویوز پر مشتمل سائنس میں گول، مربع اور آئتاکار ویو گائیڈز بھی شامل تھے جن میں 1896 میں ویو گائیڈ آپریشن پر سر ریلیگ کا شائع شدہ کام شامل نہیں تھا۔ مائکروویو آپٹکس، جس میں مائکروویوز کی فوکسنگ شامل ہے، نے نیم آپٹیکل اجزاء متعارف کروائے، اور مائکروویو آپٹکس کا علاج 1897 میں (رگھی کے ذریعہ) شائع کیا گیا۔ جگدیش چندر بوس 1890 کی دہائی کے دوران اصل مائکروویو تحقیق میں شامل ایک سائنسدان تھے۔ پریذیڈنسی کالج میں طبیعیات کے باضابطہ پروفیسر کی حیثیت سے انہوں نے خود کو لیبارٹری کے تجربات اور مطالعات میں شامل کیا جس میں اضطراب، تفریق اور پولرائزیشن کے ساتھ ساتھ ٹرانسمیٹر، ریسیورز اور مختلف مائکروویو اجزاء شامل ہیں۔ انہوں نے ریسیورز کو ایک حساس گالوانومیٹر سے جوڑا، اور رسیور کے طور پر استعمال ہونے کے لیے کرسٹل تیار کیے۔ کرسٹل شارٹ ویو ریڈیو رینج میں کام کرتے تھے۔ سفید اور بالائے بنفشی روشنی دونوں کا پتہ لگانے کے لیے کرسٹل بھی تیار کیے گئے تھے۔ ان کرسٹل کو برقی مقناطیسی تابکاری کا پتہ لگانے کی صلاحیت کے لیے 1904 میں پیٹنٹ کرایا گیا تھا۔ مزید برآں، ایسا معلوم ہوتا ہے کہ ان کے کام نے 60 سال تک پی-ٹائپ اور این-ٹائپ سیمی کنڈکٹرز کے وجود کی بھی پیش گوئی کی تھی۔ 1895 میں عام لوگوں کے لیے، بوس برقی مقناطیسی لہروں کے استعمال سے دور سے گھنٹی بجانے اور بارود کو پھاڑنے میں کامیاب رہے۔ 1896 میں یہ اطلاع ملی کہ بوس نے تقریبا ایک میل تک برقی مقناطیسی اشاروں کو منتقل کیا تھا۔ 1897 میں بوس نے لندن کے رائل انسٹی ٹیوشن میں اپنی مائکروویو ریسرچ (تجربات) کے بارے میں رپورٹ کیا۔ وہاں انہوں نے اپنے آلات کی طول موج کا مظاہرہ کیا جو 2.5 سینٹی میٹر سے 5 ملی میٹر تک تھی۔ ابتدائی چیرل میڈیا 1898 میں جگدیش چندر بوس نے مڑے ہوئے ڈھانچوں پر پہلا مائکروویو تجربہ کیا۔ یہ مڑے ہوئے ڈھانچے ان جیومیٹریز سے میل کھاتے ہیں جنہیں آج کی اصطلاحات میں مصنوعی چیرل میڈیا کے نام سے جانا جاتا ہے۔ اس وقت تک، اس نے کرسٹل میں ڈبل ریفریکشن (بائرفرینجینس) پر بھی تحقیق کر لی تھی۔ دیگر تحقیقات میں برقی میدان "لہروں" کا پولرائزیشن شامل تھا جو کرسٹل پیدا کرتے ہیں۔ انہوں نے ڈائی الیکٹرکس کی ایک کلاس سمیت دیگر مواد میں اس قسم کے پولرائزیشن کو دریافت کیا۔ اس کے علاوہ، کسی دیئے گئے مواد میں نظری سرگرمی کے طور پر چیرالیٹی ایک ایسا رجحان ہے جس کا 19 ویں صدی سے مطالعہ کیا گیا ہے۔ 1811 تک، کوارٹج کرسٹل کے مطالعے سے پتہ چلا کہ اس طرح کے کرسٹل ٹھوس قطبی روشنی کے پولرائزیشن کو گھومتے ہیں جو نظری سرگرمی کی نشاندہی کرتے ہیں۔ 1815 تک، کرسٹل کے علاوہ دیگر مواد، جیسے ٹرپینٹائن کا تیل چیرالیٹی کی نمائش کے لیے جانا جاتا تھا۔ تاہم، بنیادی وجہ معلوم نہیں ہوسکی۔ لوئس پاسچر نے اس مسئلے (مالیکیولز کی چیرالیٹی) کو حل کیا جس سے ایک نیا شعبہ شروع ہوا جسے سٹیریو کیمسٹری کہا جاتا ہے۔ میکروسکوپک پیمانے پر، لنڈمین نے 1920 اور 1922 میں تار کے سرپل (تار ہیلیکس) کے مسئلے پر مائکروویوز کا اطلاق کیا۔ کارل ایف لنڈمین نے، 1914 سے اور 1920 کی دہائی تک، بے ترتیب طور پر مبنی چھوٹے سرپل کے مجموعے سے بنے مصنوعی چیرل میڈیا کا مطالعہ کیا۔ اس کے بارے میں موجودہ دور کے میٹا میٹریل سائنسدانوں نے لکھا تھا: اسمو وی لنڈیل، اری ایچ سیہولا، اور جوہانی کرکیجروی۔ 20 ویں صدی کے مصنوعی ڈائی الیکٹرکس میٹا میٹریلز سے متعلق زیادہ تر تاریخی تحقیق کا وزن دوسری جنگ عظیم کے فورا بعد مائکروویو انجینئرنگ کے اندر اینٹینا بیم کی تشکیل کے نقطہ نظر سے کیا جاتا ہے۔ مزید برآں، میٹا میٹریلز تاریخی طور پر 1940 کی دہائی کے آخر، 1950 کی دہائی اور 1960 کی دہائی میں مصنوعی ڈائی الیکٹرکس سے متعلق تحقیق کے جسم سے جڑے ہوئے دکھائی دیتے ہیں۔ پچھلی دہائیوں میں مصنوعی ڈائی الیکٹرکس کا سب سے عام استعمال اینٹینا بیم کی تشکیل کے لیے مائکروویو نظام میں رہا ہے۔ مصنوعی ڈائی الیکٹرکس کو کم لاگت اور ہلکے وزن والے "ٹول" کے طور پر تجویز کیا گیا تھا۔ برقی مقناطیسی سپیکٹرم کے متعلقہ حصوں کے لیے میٹا میٹریلز کے علاوہ مصنوعی ڈائی الیکٹرکس پر تحقیق اب بھی جاری ہے۔ مائکروویو میں مصنوعی ڈائی الیکٹرکس پر مائکروویو انجینئرنگ میں اہم کام ونسٹن ای کاک، سیمور کوہن، جان براؤن اور والٹر روٹ مین نے تیار کیے تھے۔ کوک، روٹ مین اور سرگئی شیلکونوف نے وقتا فوقتا مصنوعی ڈھانچے کی تجویز پیش کی تھی۔ ایک وسیع حوالہ جات کی فہرست بھی ہے جو 1991 کی کتاب، فیلڈ تھیوری آف گائیڈڈ ویوز بذریعہ رابرٹ ای کولن میں مصنوعی ڈائی الیکٹرکس کی خصوصیات پر مرکوز ہے۔ شیلکونوف نے اینٹینا تھیوری اور برقی مقناطیسی لہر کے پھیلاؤ میں شراکت کے لیے نوٹس حاصل کیا۔ 1952 میں سرگئی شیلکونوف (جو اس وقت بیل لیبز میں ونسٹن کاک کے سینئر ساتھی تھے) نے بھی کیپیسیٹیو طور پر بھری ہوئی لوپس سے بنے مقناطیسی ذرات کی تجویز پیش کی تھی۔ تاہم، شیلکونوف نے ان ذرات کو اعلی پارگمیتا (اور منفی نہیں) اقدار کی ترکیب کے ایک ذریعہ کے طور پر تجویز کیا لیکن انہوں نے تسلیم کیا کہ اس طرح کی اعلی پارگمیتا مصنوعی ڈائی الیکٹرکس کافی منتشر ہوں گے۔ ڈبلیو۔ ای۔ کاک نے اینٹینا کے لیے دھاتی اور تار کے لینس تجویز کیے۔ ان میں سے کچھ دھاتی تاخیر لینس، متوازی تار لینس، اور تار میش لینس ہیں۔ اس کے علاوہ، انہوں نے قواسسٹیٹک برقی مقناطیسی تابکاری پر اپنی مرضی کے مطابق دھاتی ذرات کے ردعمل کے حوالے سے تجزیاتی مطالعات کیے۔ جیسا کہ میٹا میٹریلز کے رویے کو پہنچانے والے محققین کے موجودہ بڑے گروپ کے ساتھ، کوک نے مصنوعی مواد میں طرز عمل اور ساخت کو نوٹ کیا جو میٹا میٹریلز سے ملتے جلتے ہیں۔ انہوں نے ایسے ذرات کو استعمال کیا، جو مختلف ہندسی شکل کے ہوں گے۔ دائرے، ڈسکس، ایلیپسائڈز اور پرولیٹ یا اوبلیٹ اسپیرائڈز، اور یا تو الگ تھلگ ہوں گے یا صف کی ترتیب کے حصے کے طور پر دہرائے جانے والے نمونے میں سیٹ ہوں گے۔ مزید برآں، وہ اس بات کا تعین کرنے میں کامیاب رہا کہ اس طرح کے ذرات ڈائی الیکٹرک میڈیم کے طور پر برتاؤ کرتے ہیں۔ انہوں نے یہ بھی محسوس کیا کہ ان ذرات کی اجازت "ε" اور پارگمیتا "μ" کو جان بوجھ کر ترتیب دیا جا سکتا ہے، لیکن آزادانہ طور پر نہیں۔ میٹا میٹریلز کے ساتھ، تاہم، ε اور μ دونوں کے لیے مقامی اقدار کو من گھڑت عمل کے حصے کے طور پر ڈیزائن کیا گیا ہے، یا تجزیاتی طور پر نظریاتی مطالعات میں ڈیزائن کیا گیا ہے۔ اس عمل کی وجہ سے، انفرادی میٹا میٹریل شمولیت کو آزادانہ طور پر ترتیب دیا جا سکتا ہے۔ مصنوعی ڈائی الیکٹرکس کے ساتھ کاک یہ دیکھنے کے قابل تھا کہ اجازت اور پارگمیتا کے لیے کوئی بھی قدر، من مانی طور پر بڑی یا چھوٹی، حاصل کی جا سکتی ہے، اور اس میں ان پیرامیٹرز کے لیے منفی اقدار کا امکان شامل ہے۔ میڈیم کی نظری خصوصیات کا انحصار صرف ذرات کی ہندسی شکل اور فاصلے پر ہوتا تھا، نہ کہ ان کے اپنے اندرونی رویے پر۔ اس کے کام نے اسپلٹ رنگ ریزونیٹر کی بھی توقع کی، جو ایک من گھڑت دورانیے کا ڈھانچہ ہے جو میٹامٹریئلز کے لیے ایک عام ورک ہارس ہے۔ تاہم، کوک نے ε اور μ کی منفی اقدار کے بیک وقت ہونے کی تحقیقات نہیں کی، جو جدید میٹامیٹریئلز کی وضاحت کرنے والی پہلی کامیابیوں میں سے ایک بن گئی ہے۔ اس کی وجہ یہ تھی کہ مصنوعی مواد میں تحقیق دوسرے اہداف کی طرف مبنی تھی، جیسے کہ آر ایف پر پلازما میڈیا بنانا یا مائیکروویو فریکوئنسیز جو اس وقت ناسا اور خلائی پروگرام کی وسیع ضروریات سے متعلق تھیں۔ والٹر روٹمین اور آر ایف۔ ٹرنر نے ایک لینس کے ساتھ مائکروویو بیم کی تشکیل کے نظام کو جدید بنایا جس میں تین کامل فوکل پوائنٹس ہوتے ہیں۔ دو ہم آہنگی سے آف محور اور ایک محور پر واقع ہے۔ انہوں نے بہتر سیدھے سامنے والے چہرے کے لینس کے لیے ڈیزائن مساوات شائع کیں، اس کے مرحلے پر قابو پانے کی صلاحیتوں کا جائزہ، اسکیننگ کی صلاحیتیں، اور اس قسم کے ڈیزائن پر لاگو ہونے والی مظاہرہ شدہ من گھڑت تکنیک۔ روٹ مین نے دیگر وقتا فوقتا ڈھانچے ایجاد کیے جن میں کئی قسم کے سطحی لہر اینٹینا شامل ہیں: گرت ویو گائیڈ، چینل ویو گائیڈ، اور سینڈوچ تار اینٹینا۔ فوٹوونک ڈھانچے "چند سو گیگا ہرٹز اور اس سے کم تعدد پر، الیکٹران وہ بنیادی ذرات ہیں جو آلات کے ورک ہارس کے طور پر کام کرتے ہیں۔ دوسری طرف، آپٹیکل سے الٹرا وایلیٹ طول موج کے ذریعے اورکت پر، فوٹون انتخاب کا بنیادی ذرہ ہے۔ لفظ 'فوٹوونکس' 1960 کی دہائی کے آخر میں ایک تحقیقی شعبے کو بیان کرنے کے لیے نمودار ہوا جس کا مقصد روشنی کو ان افعال کو انجام دینے کے لیے استعمال کرنا تھا جو روایتی طور پر الیکٹرانکس کے مخصوص ڈومین کے اندر آتے ہیں، جیسے کہ ٹیلی مواصلات، انفارمیشن پروسیسنگ، اور دیگر عمل۔ فوٹوونکس کی اصطلاح زیادہ خاص طور پر اشارہ کرتی ہے: روشنی کی ذرہ خصوصیات، فوٹونوں کا استعمال کرتے ہوئے سگنل پروسیسنگ ڈیوائس ٹیکنالوجیز بنانے کی صلاحیت، آپٹکس کا عملی اطلاق، اور الیکٹرانکس سے مشابہت۔ لہذا، جیسے جیسے فوٹونک مواد استعمال ہوتے ہیں، الیکٹرانوں کے بجائے فوٹون معلومات کے بنیادی کیریئر بن جاتے ہیں۔ مزید برآں، فوٹون معلومات کا ایک زیادہ موثر کیریئر معلوم ہوتا ہے، اور ایسے مواد جو فوٹونک سگنلز پر کارروائی کر سکتے ہیں استعمال میں ہیں اور مزید ترقی میں ہیں۔ مزید برآں، فوٹوونک مواد کی ترقی اجزاء کو مزید چھوٹا کرنے کا باعث بنے گی۔ 1987 میں ایلی یابلونوویچ نے بے ساختہ اخراج کو کنٹرول کرنے اور وقتا فوقتا ڈائی الیکٹرکس میں جسمانی زون بنانے کی تجویز پیش کی جو برقی مقناطیسی تابکاری کی کچھ طول موج کو منع کرتی ہے۔ ان صلاحیتوں کو تین جہتی پیریڈک ڈائی الیکٹرک ڈھانچوں (مصنوعی ڈائی الیکٹرک) میں بنایا جائے گا۔ انہوں نے نوٹ کیا کہ سیمی کنڈکٹر کے عمل کے لیے بے ساختہ اخراج کو کنٹرول کرنا مطلوب ہے۔ غیر معمولی مظاہر میٹا میٹریل کی ایجاد تاریخی طور پر، اور روایتی طور پر، مواد کے فنکشن یا رویے کو ان کی کیمسٹری کے ذریعے تبدیل کیا جا سکتا ہے۔ یہ بات کافی عرصے سے معلوم ہے۔ مثال کے طور پر، لیڈ شامل کرنے سے شیشے کا رنگ یا سختی بدل جاتی ہے۔ تاہم، 20 ویں صدی کے آخر میں اس وضاحت کو لندن کے امپیریل کالج کے ماہر طبیعیات جان پینڈری نے وسعت دی۔ 1990 کی دہائی میں وہ ایک برطانوی کمپنی مارکونی میٹریلز ٹیکنالوجی کے لیے کنڈینسڈ میٹر فزکس کے ماہر کے طور پر مشاورت کر رہے تھے۔ کمپنی نے تابکاری جذب کرنے والے کاربن سے بنی ایک اسٹیلتھ ٹیکنالوجی تیار کی جو بحری جہازوں کے لیے تھی۔ تاہم، کمپنی مواد کی طبیعیات کو نہیں سمجھ سکی۔ کمپنی نے پینڈری سے پوچھا کہ کیا وہ سمجھ سکتا ہے کہ مواد کیسے کام کرتا ہے۔ پینڈری نے دریافت کیا کہ تابکاری جذب کرنے کی خاصیت مواد کے سالماتی یا کیمیائی ڈھانچے سے نہیں آتی، یعنی۔ کاربن فی سیل۔ یہ خاصیت کاربن ریشوں کی لمبی اور پتلی، جسمانی شکل سے آئی ہے۔ انہوں نے محسوس کیا کہ روایتی طور پر کسی مواد کو اس کی کیمسٹری کے ذریعے تبدیل کرنے کے بجائے، جیسا کہ شیشے کے ساتھ سیسہ کرتا ہے، کسی مواد کے اندرونی ڈھانچے کو بہت باریک پیمانے پر تبدیل کرکے اس کے رویے کو تبدیل کیا جا سکتا ہے۔ بہت باریک پیمانہ برقی مقناطیسی تابکاری کی طول موج سے کم تھا جو لاگو ہوتا ہے۔ یہ نظریہ برقی مقناطیسی سپیکٹرم پر لاگو ہوتا ہے جو آج کی ٹیکنالوجیز میں استعمال ہوتا ہے۔ دلچسپی کی تابکاری ریڈیو لہروں، اور مائکروویوز سے، اورکت کے ذریعے مرئی طول موج تک ہوتی ہے۔ سائنس دان اس مواد کو روایتی مواد سے "ماورا" سمجھتے ہیں۔ لہذا، یونانی لفظ "میٹا" منسلک کیا گیا تھا، اور ان کو میٹا میٹریلز کہا جاتا ہے۔ کاربن فائبر کی ساخت کا کامیابی سے اندازہ لگانے اور اس کا ادراک کرنے کے بعد، پینڈری نے مزید تجویز پیش کی کہ وہ غیر مقناطیسی مواد کی مقناطیسی خصوصیات کو تبدیل کرنے کی کوشش کرے، اس کے جسمانی ڈھانچے کو بھی تبدیل کر کے۔ مواد اندرونی طور پر مقناطیسی نہیں ہوگا، اور نہ ہی مقناطیسی ہونے کے لیے فطری طور پر حساس ہوگا۔ تانبے کا تار ایسا غیر مقناطیسی مواد ہے۔ انہوں نے ایک غیر مقناطیسی مرکب مواد بنانے کا تصور کیا، جو ایٹموں کے گرد چکر لگانے والے الیکٹرانوں کی نقل کر سکتا ہے۔ تاہم، ڈھانچے ایک ایسے پیمانے پر بنائے جاتے ہیں جس کی شدت ایٹم سے بڑی ہوتی ہے، لیکن تابکاری طول موج سے چھوٹی ہوتی ہے۔ انہوں نے تصور کیا اور قیاس کیا کہ فائبر گلاس سبسٹریٹ میں سیٹ کیے گئے تانبے کے تار کے چھوٹے لوپس الیکٹرانوں کے عمل کی نقل کر سکتے ہیں لیکن بڑے پیمانے پر۔ مزید برآں، یہ مرکب مواد لوہے کے سلیب کی طرح کام کر سکتا ہے۔ اس کے علاوہ، اس نے اندازہ لگایا کہ تار کے لوپوں سے گزرنے والا کرنٹ مقناطیسی ردعمل کا باعث بنتا ہے۔ اس متغیر خیال کے نتیجے میں تغیرات پیدا ہوئے۔ لوپس کو کاٹنے کے نتیجے میں مقناطیسی گونج پیدا ہوتا ہے، جو ایک سوئچ کی طرح کام کرتا ہے۔ یہ تبدیلی، بدلے میں، پینڈری کو صرف اپنی پسند سے مواد کی مقناطیسی خصوصیات کا تعین کرنے یا تبدیل کرنے کی اجازت دے گی۔ اس وقت، پینڈری کو ان دو مواد کی اہمیت کا احساس نہیں تھا جو اس نے تیار کیے تھے۔ مارکونی کے ریڈار جذب کرنے والے مواد کی برقی خصوصیات کو اس کے نئے انسان ساختہ مقناطیسی مواد کے ساتھ جوڑ کر اس نے نادانستہ طور پر برقی مقناطیسی تابکاری کو جوڑنے کا ایک نیا طریقہ اپنے ہاتھوں میں رکھ دیا تھا۔ 1999 میں، پینڈری نے مصنوعی طور پر تیار کردہ مقناطیسی مواد کا اپنا نیا تصور ایک قابل ذکر طبیعیات کے جریدے میں شائع کیا۔ اسے دنیا بھر کے سائنسدانوں نے پڑھا، اور اس نے "ان کے تخیل کو جنم دیا"۔ منفی اضطراری اشاریہ 1967 میں، وکٹر ویسلاگو نے ایک نظریاتی مواد پر اکثر حوالہ دیا گیا، بنیادی کام تیار کیا جو غیر معمولی اثرات پیدا کر سکتا ہے جو فطرت میں پیدا کرنا مشکل یا ناممکن ہے۔ اس وقت انہوں نے تجویز پیش کی کہ اسنیل کے قانون کا الٹ جانا، ایک غیر معمولی عینک، اور دیگر غیر معمولی مظاہر طبیعیات کے قوانین کے اندر واقع ہو سکتے ہیں۔ یہ نظریہ چند دہائیوں تک غیر فعال رہا۔ فطرت میں ایسا کوئی مواد دستیاب نہیں تھا، یا دوسری صورت میں، جو ویسیلاگو کے تجزیے کو جسمانی طور پر محسوس کر سکے۔ تیتیس سال بعد تک اس مواد کی خصوصیات، ایک میٹامیٹریئل، طبیعیات اور انجینئرنگ کا ذیلی شعبہ بن گئی۔ تاہم، کچھ مشاہدات، مظاہرے اور نفاذ تھے جو اس کام سے قریب سے پہلے تھے۔ دھاتوں کی پارمیٹیویٹی، ان اقدار کے ساتھ جن کو مثبت سے منفی ڈومین تک بڑھایا جا سکتا ہے، کا بڑے پیمانے پر مطالعہ کیا گیا تھا۔ دوسرے لفظوں میں، منفی اجازت ایک معروف رجحان تھا جب تک کہ پہلا میٹامیٹریئل تیار کیا گیا تھا۔ کوک کے ہم عصر اس قسم کی تحقیق میں شامل تھے۔ اس متمرکز کوشش کی قیادت امریکی حکومت نے آئناسفیئر اور ناسا کی خلائی گاڑیوں کے دوبارہ داخلے کے درمیان تعاملات کی تحقیق کے لیے کی تھی۔ 1990 کی دہائی میں، پینڈری اور دیگر۔ کرسٹل ڈھانچوں کے مطابق ترتیب وار دہرائے جانے والے پتلی تار کے ڈھانچے تیار کیے گئے۔ ان سے مادی اجازت کی حد میں توسیع ہوئی۔ تاہم، ایک زیادہ انقلابی ڈھانچہ پینڈری اور دیگر نے تیار کیا۔ یہ ایک ایسا ڈھانچہ تھا جو تابکاری روشنی کے مقناطیسی تعاملات (پارگمیتا) کو کنٹرول کر سکتا تھا، حالانکہ صرف مائکروویو تعدد پر۔ یہ ترتیب وار دہرایا ہوا، تقسیم شدہ رنگ ڈھانچہ، مواد کے مقناطیسی پیرامیٹرز کو منفی میں بڑھا دیتا ہے۔ یہ جالی یا وقتا فوقتا، "مقناطیسی" ڈھانچہ غیر مقناطیسی اجزاء سے بنایا گیا تھا۔ لہذا، برقی مقناطیسی ڈومین میں، پہلی میٹامٹریئلز تیار کرنے کے لیے بیک وقت ہونے والی اجازت اور پارگمیتا کے لیے ایک منفی قدر کی ضرورت تھی۔ یہ ویسلاگو کی اصل 1967 کی تجویز کے حوالے سے اصول کے ثبوت کے لیے ابتدائی اقدامات تھے۔ 2000 میں، یو سی ایس ڈی کے محققین کی ایک ٹیم نے میٹامٹریئلز تیار کیے اور ان کا مظاہرہ کیا، جس نے غیر معمولی جسمانی خصوصیات کا مظاہرہ کیا جو فطرت میں پہلے کبھی پیدا نہیں ہوئے تھے۔ یہ مواد طبیعیات کے قوانین کی پابندی کرتے ہیں، لیکن عام مواد سے مختلف طریقے سے برتاؤ کرتے ہیں۔ جوہر میں یہ منفی انڈیکس میٹا میٹریلز عام نظری مواد کے رویے کو کنٹرول کرنے والی بہت سی جسمانی خصوصیات کو الٹنے کی صلاحیت رکھنے کے لیے نوٹ کیے گئے تھے۔ ان غیر معمولی خصوصیات میں سے ایک پہلی بار، سنیل کے اضطراب کے قانون کو الٹا کرنے کی صلاحیت ہے۔ یو سی ایس ڈی ٹیم کے اس مئی 2000 کے مظاہرے تک، مواد دستیاب نہیں تھا۔ 1990 کی دہائی کے دوران من گھڑت اور حساب کتاب کی صلاحیتوں میں پیشرفت نے ان پہلے میٹامٹریئلز کی تعمیر کی اجازت دی۔ اس طرح، 30 سال پہلے وکٹر ویسلاگو کے بیان کردہ اثرات کے لیے "نئے" میٹا میٹریل کی جانچ شروع ہوئی، لیکن صرف ابتدا میں مائکروویو فریکوئنسی ڈومین میں۔ متعلقہ شائع شدہ مقالے میں گروپ کی رفتار کے الٹ جانے کا واضح اعلان کیا گیا تھا۔ سپر لینس سپر لینس یا سپر لینس ایک عملی ڈھانچہ ہے جو جان پینڈری کے کام پر مبنی ہے جس میں ایک کامل لینس بیان کیا گیا ہے جو چاروں فورئیر اجزاء کو فوکس کرکے ڈفریکشن کی حد سے آگے جا سکتا ہے۔ پینڈری کے مقالے میں ایک نظریاتی ناول لینس کی وضاحت کی گئی ہے جو منفی اضطراری اشاریہ کے رویے کو استعمال کرتے ہوئے تفریق کی حد سے نیچے کی تصاویر حاصل کر سکتا ہے۔ سپر لینس اس نظریہ کا عملی ادراک ہے۔ یہ ایک کام کرنے والا لینس ہے جو تفریق کی حد سے نیچے کی تصاویر حاصل کر سکتا ہے حالانکہ روایتی مواد کی ناکارہیوں کی وجہ سے حدود پیدا ہوتی ہیں۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ اگرچہ نقصانات ہیں، لیکن اس کام کو ایک کامیاب مظاہرہ دکھانے کے لیے کافی تصویر واپس کی گئی ہے۔ غیر مرئی پوشاک الف لیونہارڈٹ مشرقی جرمنی میں پیدا ہوئے، اور اس وقت اسکاٹ لینڈ میں سینٹ اینڈریوز یونیورسٹی میں نظریاتی طبیعیات کی کرسی پر فائز ہیں، اور انہیں ایک غیر مرئی پوشاک بنانے کی سائنس میں قائدین میں سے ایک سمجھا جاتا ہے۔ 1999 کے آس پاس، لیونہارٹ نے کچھ دوسرے ساتھیوں کے ساتھ مل کر کلاکنگ ڈیوائس بنانے پر کام شروع کیا۔ لیونہارٹ نے کہا کہ اس وقت پوشیدہ کو فیشن نہیں سمجھا جاتا تھا۔ اس کے بعد انہوں نے "آپٹیکل کنفارمل میپنگ" کے عنوان سے ایک نظریاتی مطالعہ لکھا۔ پہلا جملہ مقصد کا خلاصہ پیش کرتا ہے: "ایک پوشیدہ آلہ کو کسی شے کے ارد گرد روشنی کی رہنمائی کرنی چاہیے گویا وہاں کچھ بھی نہیں ہے۔" 2005 میں انہوں نے یہ مقالہ تین قابل ذکر سائنسی جرائد نیچر، نیچر فزکس اور سائنس کو بھیجا۔ ہر جریدے نے بدلے میں اخبار کو مسترد کر دیا۔ 2006 میں فزیکل ریویو لیٹرز نے بھی اس مقالے کو اشاعت کے لیے مسترد کر دیا۔ تاہم، پی آر ایل کی تشخیص کے مطابق، ایک گمنام جائزہ لینے والے نے نوٹ کیا کہ (وہ) پچھلے مہینوں میں جان پینڈری کے گروپ کے ساتھ دو ملاقاتوں میں گیا تھا، جو ایک کلاکنگ ڈیوائس پر بھی کام کر رہے تھے۔ میٹنگوں سے، جائزہ لینے والے کو ایک پیٹنٹ کے بارے میں بھی معلوم ہوا جو پینڈری اور اس کے ساتھیوں کو فائل کرنا تھا۔ لیونہارٹ اس وقت پینڈری گروپ کے کام سے بے خبر تھے۔ پینڈری میٹنگز کی وجہ سے، لیونہارٹ کے کام کو جائزہ لینے والے نے واقعی نئی طبیعیات نہیں سمجھا اور اس وجہ سے، فزیکل ریویو لیٹرز میں اشاعت کے لائق نہیں تھا۔ بعد میں 2006 میں، سائنس (جریدے) نے اپنے فیصلے کو پلٹ دیا اور لیونہارٹ سے اپنا مقالہ شائع کرنے کے لیے رابطہ کیا کیونکہ اسے ابھی ابھی پینڈری کی ٹیم سے "کنٹرولنگ الیکٹرو میگنیٹک فیلڈز" کے عنوان سے ایک نظریاتی مطالعہ موصول ہوا تھا۔ سائنس نے دونوں مقالے نمایاں طور پر ایک جیسے سمجھے اور ان دونوں کو 25 مئی 2006 کو سائنس ایکسپریس کے ایک ہی شمارے میں شائع کیا۔ شائع شدہ کاغذات نے دنیا بھر کے مقامات پر کلاکنگ ڈیوائسز بنانے کے لیے ایک درجن گروپوں کی تحقیقی کوششوں کو چھو لیا، جو دونوں پیپرز کی ریاضی کی جانچ کریں گے۔ قابل ذکر پوشیدہ کلاک نظریات کے جمع ہونے کے صرف چند ماہ بعد، ڈیوک یونیورسٹی (اکتوبر 2006) کے انجینئرنگ محققین ڈیوڈ شوریگ اور ڈیوڈ اسمتھ نے ایک عملی آلہ بنایا اور اس کا مظاہرہ کیا۔ یہ مائکروویو رینج تک محدود تھا اس لیے یہ شے انسانی آنکھ کے لیے پوشیدہ نہیں تھی۔ تاہم، اس نے اصول کے ثبوت کا مظاہرہ کیا۔ ٹرانسفارمیشن آپٹکس کلاکنگ پر اصل نظریاتی کاغذات نے ایک نیا سائنسی شعبہ کھولا جسے ٹرانسفارمیشن آپٹکس کہا جاتا ہے۔ میٹا میٹریل کلاکنگ ایکوسٹک میٹا میٹریلز کوانٹم میٹا میٹریلز فوٹوونک میٹا میٹریلز غیر لکیری میٹا میٹریلز سیسمک میٹا میٹریلز میٹا میٹریل جذب کرنے والے پلازمونک میٹا میٹریلز ٹیرا ہرٹز میٹا میٹریلز ٹیون ایبل میٹا میٹریلز اسپلٹ رنگ ریزونیٹر تھیوریز آف کلاکنگ نوٹس مزید پڑھنے اور عمومی حوالہ جات موبائل میٹل پلیٹ اینٹینا بنانے کی تفصیل۔ مدعو مقالہ:-میٹامٹریئل ریسرچ کا تکنیکی جائزہ۔ سلیوسر وی۔ آئی۔ اینٹینا کے حل پر میٹا میٹریل۔// اینٹینا تھیوری اور تکنیکوں پر 7 ویں بین الاقوامی کانفرنس ICATT '09، Lviv، یوکرین، اکتوبر 6-9، 2009۔ - پی پی۔ 19-24 بیرونی روابط میٹامٹریئلز میٹامٹریئلز اینٹینا (ریڈیو)