Джон Пендри¶

Джон Пендри (англ. John Pendry; род. 4 июля 1943, Манчестер, Великобритания) — британский физик-теоретик, один из основоположников физики метаматериалов. Наиболее известен своими работами по созданию материалов с отрицательным показателем преломления и теоретическим обоснованием возможности создания «плаща-невидимки» (оптического камуфляжа). Профессор теоретической физики Имперского колледжа Лондона, член Лондонского королевского общества (с 1993 года).

¶Биография

Джон Брайан Пендри родился 4 июля 1943 года в Манчестере. В 1965 году окончил Кембриджский университет (колледж Даунинг) со степенью бакалавра по физике. В 1969 году там же защитил докторскую диссертацию (PhD) под руководством Вольфганга Хейнриха. После защиты работал в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (США), а затем в лаборатории Daresbury в Великобритании, где занимался теорией электронной структуры твёрдых тел.

В 1981 году вернулся в Кембридж, где возглавил кафедру физики твёрдого тела. С 1993 года является профессором теоретической физики в Имперском колледже Лондона. В 2004 году был посвящён в рыцари (титул сэр) за заслуги в области физики.

¶Научные достижения

¶Метаматериалы с отрицательным показателем преломления

В 1996 году Пендри теоретически показал, что периодические структуры из тонких металлических проводов могут вести себя как среда с отрицательной диэлектрической проницаемостью на определённых частотах. В 1999 году он совместно с коллегами предложил конструкцию «разрезного кольцевого резонатора» (split-ring resonator), позволяющего получить отрицательную магнитную проницаемость. Комбинация этих двух типов структур позволила создать первый материал с отрицательным показателем преломления, что было экспериментально подтверждено в 2001 году группой Дэвида Смита (США).

¶Идеальный линзовый эффект

В 2000 году Пендри опубликовал статью, в которой предсказал, что плоская пластина из материала с отрицательным показателем преломления может работать как «суперлинза» — устройство, способное преодолеть дифракционный предел разрешения и фокусировать свет в точку размером меньше длины волны. Это открытие стимулировало развитие оптической микроскопии сверхвысокого разрешения.

¶Оптическая невидимость

В 2006 году Пендри совместно с Ульрихом Леонхардтом (Германия) предложил теоретическую схему «плаща-невидимки» (invisibility cloak) для электромагнитных волн. Идея основана на использовании метаматериалов с плавно изменяющимися оптическими свойствами, которые заставляют волны огибать объект, не отражаясь и не рассеиваясь. В том же году группа учёных из Университета Дьюка (США) экспериментально продемонстрировала этот эффект для микроволнового излучения.

¶Другие работы

Пендри внёс вклад в теорию фотонных кристаллов, теорию поверхностных плазмонов и методы расчёта электронной структуры твёрдых тел. Его работы заложили основы для практического применения метаматериалов в антенной технике, сенсорах, системах радиолокации и оптических устройствах.

¶Признание и награды

• 1993 — избран членом Лондонского королевского общества.
• 2004 — посвящён в рыцари-бакалавры.
• 2006 — медаль Дирака (Институт физики, Великобритания).
• 2007 — премия Декарта (Европейская комиссия) за исследования метаматериалов.
• 2013 — медаль имени Майкла Фарадея (Институт инженеров электротехники и электроники, IEEE).
• 2014 — премия Кавли в области нанонауки (совместно с У. Леонхардтом и Ф. Гарсиа де Абахо).
• 2015 — премия Вольфа по физике (совместно с Д. Смитом).
• 2021 — медаль Копли (Лондонское королевское общество) — высшая награда общества.

¶Влияние на науку и технологии

Работы Пендри привели к созданию нового направления в физике и материаловедении — метаматериалов. На основе его идей разрабатываются:

• компактные антенны для мобильной связи и спутниковой навигации;
• устройства для скрытия объектов в радиодиапазоне;
• оптические суперлинзы для биомедицинской визуализации;
• поглотители электромагнитного излучения для уменьшения радиолокационной заметности.

¶Критика и ограничения

Практическая реализация «плаща-невидимки» для видимого света сталкивается с серьёзными техническими трудностями, связанными с потерями энергии в метаматериалах и сложностью изготовления трёхмерных структур с нанометровым разрешением. Экспериментальные демонстрации пока ограничены узкими диапазонами частот (обычно микроволновыми) и малыми размерами объектов. Некоторые коллеги критикуют Пендри за чрезмерный оптимизм в оценке сроков внедрения его разработок.

¶Основные публикации

• Pendry J.B., Holden A.J., Stewart W.J., Youngs I. Extremely low frequency plasmons in metallic mesostructures // Physical Review Letters. — 1996. — Vol. 76, № 25. — P. 4773–4776.
• Pendry J.B., Holden A.J., Robbins D.J., Stewart W.J. Magnetism from conductors and enhanced nonlinear phenomena // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. — 1999. — Vol. 47, № 11. — P. 2075–2084.
• Pendry J.B. Negative refraction makes a perfect lens // Physical Review Letters. — 2000. — Vol. 85, № 18. — P. 3966–3969.
• Pendry J.B., Schurig D., Smith D.R. Controlling electromagnetic fields // Science. — 2006. — Vol. 312, № 5781. — P. 1780–1782.

¶Источники

• Sir John Pendry // Royal Society. — Biography.
• John Pendry // Imperial College London. — Faculty profile.
• Pendry J.B. // Physics Today. — 2006. — Vol. 59, № 9. — P. 37–38.
• Smith D.R., Pendry J.B., Wiltshire M.C.K. Metamaterials and negative refractive index // Science. — 2004. — Vol. 305, № 5685. — P. 788–792.
• Кэтти С. Метаматериалы: от отрицательного преломления до невидимости // Успехи физических наук. — 2008. — Т. 178, № 5. — С. 541–554.