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RÉSUMÉ
Cet article présente le principe et les propriétés principales des métamatériaux électromagnétiques et optiques. Les principales propriétés physiques sont énumérées, avec en particulier la notion d’indice optique négatif, et de matériaux « à main gauche ». Le concept de métasurface, dérivé à la fois des surfaces sélectives en fréquences et des métamatériaux, est également introduit. Quelques exemples d’applications des métamatériaux et des métasurfaces sont présentés, dans le domaine des micro-ondes mais également en optique. Ces exemples, loin d’être exhaustifs, permettent cependant d’apprécier l’étendue des applications potentielles de ces matériaux.
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André DE LUSTRAC : Professeur - Directeur de l’Institut d’Électronique Fondamentale - Institut d’Électronique Fondamentale, Université Paris Sud, Orsay, France Université Paris Ouest, Ville d’Avray, France
INTRODUCTION
Les métamatériaux, comme leur nom l’indique, sont des matériaux artificiels ayant des propriétés physiques supérieures aux matériaux naturels. « Meta » est un préfixe grec signifiant « au-delà » ou « un niveau au-dessus », comme dans métaphysique ou métalogique.
Les métamatériaux sont donc des matériaux ayant des propriétés « au-delà » de ce que l’on peut espérer observer dans des matériaux naturels. Ce concept peut se décliner dans tous les domaines de la Physique. Plus précisément, en électromagnétisme et en optique, les métamatériaux présentent des propriétés nouvelles susceptibles d’exciter l’imagination des chercheurs et des ingénieurs comme un indice optique négatif ou un effet Doppler inversé, par exemple. Mais nous verrons dans la suite qu’un métamatériau n’a pas toujours un indice optique négatif. Il peut présenter seulement une permittivité ou une perméabilité négative. Il peut être seulement magnétique, mais aux fréquences optiques. Il peut également avoir un indice optique nul. Mais nous verrons également que le concept de métamatériau est en réalité très ancien puisque les premiers métamatériaux étaient des verres optiques colorés que l’on retrouve à l’époque romaine, et dans les cathédrales où ils ont été utilisés pour réaliser de magnifiques vitraux.
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- Version archivée 1 de janv. 2007 par André DE LUSTRAC
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4. Conclusion
Comme nous l’avons dit en introduction, le concept de métamatériaux est à la fois très ancien et très récent. En électromagnétisme, la notion de matériaux à main gauche n’a pris forme que depuis 2001. Malgré cela, le développement des études est exponentiel, même s’il est encore relativement modeste en France. Les espoirs sont relativement importants en micro-ondes, car ce concept amène la perspective de développement d’applications originales (antennes intelligentes ultra-compactes, déphaseurs, filtres…). Dans ce domaine, l’utilisation des métamatériaux peut devenir progressivement une technique comme une autre avec, sans doute, des applications spécifiques irréalisables autrement. En optique, et également dans le domaine intermédiaire des fréquences terahertz, les progrès ont été plus lents car la technologie à mettre en œuvre était plus délicate. Mais les développements technologiques récents autour de structures flexibles de grande taille et de structures nanométriques tridimensionnelles en optique ouvrent de nouveaux champs d’applications.
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BIBLIOGRAPHIE
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(2) - YAGI (H.) - Beam transmission of ultra-short waves. - IRE Proc., p. 715-741, 16 juin 1928.
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(4) - PENDRY (J.B.), HOLDEN (A.J.), ROBBINS (D.J.), STEWART (W.J.) - Low frequency plasmons in thin-wire structures. - J. Phys. : Condens. Matter 10, p. 4785-4809 (1998).
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(5) - PENDRY (J.B.), HOLDEN (A.J.), ROBBINS (D.J.), STEWART (W.J.) - Magnetism from conductors and enhanced nonlinear phenomena. - IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 47, p. 2075-2084 (1999).
-
(6) - SMITH (D.R.), PADILLA (W.J.), VIER (D.C.), NEMAT-NASSER (S.C.), SCHULTZ (S.) - Composite medium...
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