2. Matériaux métalliques doublement négatifs
La première approche permettant d’explorer ces phénomènes de réfraction négative repose sur la définition de l’indice basée sur la permittivité ε et la perméabilité µ d’un milieu considéré homogène. En toute rigueur, n 2 = εµ. La solution intuitive est de considérer la racine positive de n pour caractériser un milieu propagatif. Néanmoins, en théorie, Veselago a montré que, pour peu que ε et µ soient tous deux négatifs, la racine négative de n 2 amenait des solutions propagatives qui ne contredisent en rien les équations de Maxwell... mais au contraire, généralisent les lois classiques basées sur l’indice de réfraction (loi de Snell-Descartes, effet Doppler, effet Cerenkov...). Si, dès la fin des années 1960, envisager l’existence d’un milieu à permittivité négative était admise, l’idée d’un milieu à perméabilité négative, voire d’un milieu associant les deux, ne semblait pas pratiquement réalisable. Ce n’est qu’une trentaine d’années plus tard que ces effets ont pu être vérifiés expérimentalement à partir de matériaux métalliques artificiels structurés à des échelles bien inférieures à la longueur d’onde de travail. En effet, seule cette condition permet de redéfinir correctement les notions de constantes diélectriques et magnétiques pour des matériaux « hétérogènes ».
2.1 Réseaux constitutifs
L’idée force est donc ici de concevoir tout d’abord un réseau présentant une permittivité négative, un second présentant une perméabilité négative, puis de mélanger les deux en espérant que leurs propriétés s’additionnent pour donner un milieu à indice de réfraction négatif.
La formule de Drude, donnée dans le tableau 1, donne l’évolution fréquentielle de la permittivité d’un métal. Sans considérer les termes de perte (γ), le paramètre clé est ici la fréquence plasma du métal (plusieurs milliers de térahertz pour un matériau massif), en deçà de laquelle ε est négatif par exemple, aux fréquences optiques ou...
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