I) Des propriétés innovantes

 

1) Des matériaux créés en l'an 2000 :

Le préfixe « méta » signifie que ces matériaux sont fabriqués par l’Homme car ils n’existent pas à l’état naturel, ce sont des mélanges de différents matériaux. Leur composition est en général un assemblage de matériaux électromagnétiques (tels que des résonateurs électriques) empilés sur plusieurs couches de subtrat.

Une telle configuration confère des propriétés macroscopiques atypiques, dont l'indice dit « négatif ».

La conception théorique de tels matériaux a été développée par le chercheur russe  Victor Veselago  qui publia, en 1968, le premier article sur le sujet, et montra théoriquement leurs intérêts. Cependant, la technologie de l'époque ne permettait pas leur étude expérimentale.

Ce n'est qu'en l'an 2000 que les chercheurs,  John Pendry & David Smith , purent proposer une expérience concrète confirmant ces propriétés innovantes.

Dès lors, l'étude de ces matériaux connaît un réel essort dans le monde de la recherche scientifique.

 

2) Qu'est-ce qu'un indice négatif ? :

Un matériau est défini en partie par son indice de réfraction noté "n". Ce dernier détermine les angles de réflexion et de réfraction du rayon incident selon les lois de Snell-Descartes. Cet indice est supérieur ou égal à 1.
Or, avec ces métamatériaux, on peut obtenir un indice de réfraction inférieur à 1, voir même négatif, ce qui fait que le rayon transmis se retrouve du même côté de la normale que le rayon incident.

(Crédits : http://fr.wikipedia.org)	Où est le vecteur d'onde, avec : : sens de propagation du rayon incident, : sens de propagation du rayon réfléchi, : sens de propagation du rayon transmis. La normale est l'axe des z.

Cet indice est défini par la relation : où : est la permitivité électrique relative du matériau, la perméabilité magnétique relative du matériau et la fréquence de l'onde incidente.
Or habituellement on ne considère que la racine positive, car nous n'avons jusqu'à présent pas trouvé de matériaux vérifiant la racine négative.

3) Comment fabriquer ces matériaux ? :

Le principal composant de ces métamatériaux est un résonateur conducteur (généralement en cuivre), aussi appelé « Split Ring Resonator », à géométrie et taille variables selon le cas d'étude (généralement circulaire ou carré). Le diamètre minimal étant de l'ordre du millimètre, ce qui correspond à la limite technologique.
Afin d'accentuer les effets électromagnétiques, ces résonateurs sont généralement imbriqués deux à deux, ce qui a pour effet d'introduire une inductance mutuelle et capacitive.
Les caractéristiques types d'une cellule constituée de deux résonateurs circulaires imbriqués de diamètre de l'ordre du millimètre sont :

• Inductance : 1 nH
• Inductance mutuelle: 0,01 nH
• Capacité : 1 pF
• Capacité mutuelle : 0,01 pF
• Résistance : 0,1 Ω

Ces cellules sont ensuite imprimées, généralement périodiquement, sur des supports appelés substrats (teflon, fibres de verre, ...) et sont espacées de quelques millimètres les unes des autres. Les supports sont ensuites superposés de manière à former un bloc supposé par la suite homogène.

Comme tout échantillon, le coût de réalisation de ces métamatériaux est très élevé du fait de leur fabrication sur mesure et leurs caractéristiques électromagnétiques (inductance, capacité, résistance) restent aujourd'hui encore limitées.

4) Fiction ou réalité ? :

Les dimensions des résonateurs déterminent la fréquence de résonance et donc la longueur d'onde de résonance du métamatériau. Lors des premières expériences la technologie ne permettait de travailler qu'avec des longueurs d'ondes centimétriques.

Depuis, notre domaine d'étude s'est étendu juqu'aux longueurs d'ondes micrométriques et promet d'atteindre le spectre visible d'ici peu (environ de 400 à 800 nm).

 

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