Кодирующие метаматериалы, цифровые метаматериалы и программируемые метаматериалы

Метаматериалы представляют собой искусственные структуры, которые обычно описываются эффективными параметрами среды на макроскопическом уровне; такие метаматериалы называют «аналоговыми метаматериалами». Здесь мы предлагаем концепцию «цифровых метаматериалов», состоящую из двух этапов. Во-первых, мы представляем «кодирующие метаматериалы», состоящие всего из двух типов элементарных ячеек с фазовыми откликами 0 и π, которые мы соответственно называем элементами «0» и «1». Кодируя элементы «0» и «1» управляемыми последовательностями (то есть используя 1-битное кодирование), можно управлять электромагнитными (ЭМ) волнами и реализовывать различные функциональные возможности. Концепцию кодирующих метаматериалов можно расширить от 1-битного до 2-битного и более высокого кодирования. При 2-битном кодировании для имитации элементов «00», «01», «10» и «11» требуются четыре типа элементарных ячеек с фазовыми откликами 0, π/2, π и 3π/2 соответственно. 2-битное кодирование обеспечивает большую свободу управления ЭМ-волнами по сравнению с 1-битным. Во-вторых, мы предлагаем уникальную частицу метаматериала, имеющую отклик «0» или «1», управляемый смещением диода. На основе этой частицы мы создаём «цифровые метаматериалы» с элементарными ячейками, находящимися либо в состоянии «0», либо в состоянии «1». С помощью программируемой пользователем вентильной матрицы мы реализуем цифровое управление цифровым метаматериалом. Программируя различные кодирующие последовательности, один цифровой метаматериал способен по-разному управлять ЭМ-волнами, реализуя тем самым «программируемые метаматериалы». Описанные концепции и физические явления подтверждены численным моделированием и экспериментами с использованием метаповерхностей. Разработаны интеллектуальные материалы, обеспечивающие значительную свободу управления электромагнитным излучением. Эта новая концепция была реализована Тье Цзюнем Цуйем и его коллегами из Юго-восточного университета (Китай), разработавшими цифровые метаматериалы, состоящие из двух типов элементарных ячеек, различающиеся фазовые отклики которых позволяют им функционировать как биты «0» и «1». Эти ячейки можно целенаправленно располагать в последовательности для обеспечения управляемого манипулирования…