Aktuality

Prvý je od Petra Markoša z Bratislavy

Americký časopis Physical Review patrí medzi najrenomovanejšie fyzikálne časopisy sveta. Je tiež nepochybne najväčším fórom fyzikov. Začal vychádzať v roku 1893 a kontinuálne pokračuje v publikovaní najdôležitejších vedeckých výsledkov v tejto disciplíne doposiaľ. Keďže sa svetová fyzika prudko rozrástla, v roku 1970 sa rozhodla Americká fyzikálna spoločnosť, ktorá časopis vydáva, rozdeliť ho do viacerých sekcií, ktoré vychádzajú ako samostatné časopisy.

Physical Review B venovaný fyzike tuhých a kvapalných látok, štruktúre a fyzikálnym vlastnostiam materiálov je z týchto sekcií ďaleko najväčší. Po celý čas svojej existencie patrí medzi najkvalitnejšie fyzikálne časopisy. Za päťdesiat rokov v ňom vyšlo viac ako dvestotisíc štúdií vrátane prác, ktoré boli odmenené Nobelovou cenou. Ku päťdesiatinám sa redakcia časopisu rozhodla vybrať

a zverejniť najvýznamnejšie práce publikované od roku 1970, ktoré natrvalo ovplyvnili vývoj fyziky. Prvý z nich je článok Determination of effective permittivity and permeability of metamaterials from relection and transmission coefficients  [Physical Review B 65 (2002) 195104]. Jedným zo štyroch autorov je Peter Markoš, toho času profesor Fakulty matematiky, fyziky a informatiky Univerzity Komenského v Bratislave, v tom čase vedecký pracovník Fyzikálneho ústavu Slovenskej akadémie vied.

Citovaný článok vznikol na jeseň 2001 v čase pobytu P. Markoša  na Iowa State University v Ames, USA. Na počiatku milénia patril k najaktuálnejším fyzikálnym problémom výskum metamateriálov, čo sú v laboratóriu zostavené fyzikálne štruktúry navrhnuté tak, aby mali unikátne materiálové vlastnosti, aké dovtedy známe materiály nemali. Koncepcia metamateriálov vznikla roku 2000 a  hneď sa stala predmetom diskusií dotýkajúcich sa základných princípov fyziky. Autori citovaného  článku navrhli všeobecnú metódu výpočtu efektívnych parametrov metamateriálov a pre  konkrétny metamateriál numericky dokázali, že má záporný index lomu. Príspevkom P. Markoša bol numerický výpočet prechodu elektromagnetických vĺn cez metamateriál. S prvým autorom D. R. Smithom  z týchto dát získali  frekvenčnú závislosť parametrov metamateriálu. Dvaja autori článku, prof. D. R. Smith a S. Schultz publikovali aj prvé experimentálne články venované štruktúre a vlastnostiam metamateriálov.  D. R. Smith je za experimentálny objav metamateriálov považovaný za kandidáta na Nobelovu cenu za fyziku. Spolu so štvrtým autorom C. Soukoulisom boli roku 2005 za výskum metamateriálov ocenení významnou Descartesovou cenou.

Metamateriály kombinujú v sebe veľkú fyziku, materiálovú vedu a nanotechnológie. Fyzika je inšpirovaná koncepciami Einsteinovej všeobecnej teórie relativity, ktorá ukázala, že elektromagnetické vlny sa v blízkosti veľkých gravitačných objektov, napr. hviezd ohýbajú, pretože časopriestor sa tam zakrivuje. Metamateriály sú štruktúry navrhnuté tak, aby dokázali niečo podobné prostredníctvom svojich optických vlastností, ako je záporný index lomu. Ten dokáže neobvyklým spôsobom ovplyvniť smer šírenia vĺn. Pritom môže ísť o rôzne typy vĺn, ako sú vlny zvukové, viditeľné svetlo alebo rádiové vlny. Výsledkom je magický plášť neviditeľnosti pre všetky spomínané vlny. Objekt ukrytý v plášti sa stáva neviditeľný, pretože svetlo ho obteká ako voda strom, ktorý stojí uprostred rieky. Pozorovateľ potom môže vidieť priamo za objekt, ukrytý v plášti neviditeľnosti. Metamateriály majú významné praktické aplikácie. Prvou z nich je zobrazovanie pomocou magnetickej rezonancie MRI, využívané napr. v medicíne, pretože metamateriály dokážu veľmi efektívne prenášať magnetický signál. Podobne možno metamateriály využiť pri zobrazovaní ultrazvukom. Ďalšie uplatnenie je v prijímačoch satelitnej komunikácie, kde malá anténa, tenká vrstva z metamateriálu nahradí objemný tanier. Smerovanie na satelit nemusí byť riadené ťažkopádne mechanicky, ale fokusovanie sa deje elektronickým riadením vlastností metamateriálu. Teraherzové žiarenie je extrémne dôležité v leteckej prevádzke, ale aj pri autonómnych vozidlách a pri jeho kontrole bude úloha metamateriálov nezastupiteľná.

Peter Samuely, podpredseda SAV pre vedu, výskum a inovácie

Ilustračné foto