One of the intriguing potentials of metamaterials is the possibility to realize a nonlocal electromagnetic reaction, such that the effective medium response at a given point is fundamentally entangled with the macroscopic field distribution at long distances. Here, it is experimentally and numerically verified that a microwave nonlocal metamaterial formed by crossed metallic wires enables a low-loss broadband anomalous material response such that the refractive index decreases with frequency. Notably, it is shown that an electromagnetic beam refracted by our metamaterial prism creates a reversed microwave rainbow.

1.
M.
Born
and
M.
Wolf
,
Principles of Optics
, 7th ed. (expanded) (
Cambridge University Press
,
1999
).
2.
L. D.
Landau
and
E. M.
Lifshitz
,
Electrodynamics of Continuous Media
, 2nd ed. (
Pergamon Press, Oxford
,
England
,
1984
).
3.
4.
D. R.
Smith
,
W. J.
Padilla
,
D. C.
Vier
,
S. C.
Nemat-Nasser
, and
S.
Schultz
,
Phys. Rev. Lett.
84
,
4184
(
2000
).
5.
R. A.
Shelby
,
D. R.
Smith
, and
S.
Schultz
,
Science
292
,
77
(
2001
).
6.
N.
Fang
,
H.
Lee
,
C.
Sun
, and
X.
Zhang
,
Science
308
,
534
(
2005
).
7.
D.
Schurig
,
J. J.
Mock
,
B. J.
Justice
,
S. A.
Cummer
,
J. B.
Pendry
,
A. F.
Starr
, and
D. R.
Smith
,
Science
314
,
977
(
2006
).
8.
J.
Valentine
,
S.
Zhang
,
T.
Zentgraf
,
E.
Ulin-Avila
,
D. A.
Genov
,
G.
Bartal
, and
X.
Zhang
,
Nature
455
,
376
(
2008
).
9.
P. A.
Belov
,
Y.
Hao
, and
S.
Sudhakaran
,
Phys. Rev. B
73
,
033108
(
2006
).
10.
G.
Shvets
,
S.
Trendafilov
,
J. B.
Pendry
, and
A.
Sarychev
,
Phys. Rev. Lett.
99
,
053903
(
2007
).
11.
P.
Ikonen
,
C.
Simovski
,
S.
Tretyakov
,
P.
Belov
, and
Y.
Hao
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
104102
(
2007
).
12.
P. A.
Belov
,
Y.
Zhao
,
S.
Tse
,
P.
Ikonen
,
M. G.
Silveirinha
,
C. R.
Simovski
,
S.
Tretyakov
,
Y.
Hao
, and
C.
Parini
,
Phys. Rev. B
77
,
193108
(
2008
).
13.
T. A.
Morgado
and
M. G.
Silveirinha
,
New J. Phys.
11
,
083023
(
2009
).
14.
T. A.
Morgado
,
J. S.
Marcos
,
M. G.
Silveirinha
, and
S. I.
Maslovski
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
144102
(
2010
).
15.
M. G.
Silveirinha
and
C. A.
Fernandes
,
Phys. Rev. B
78
,
033108
(
2008
).
16.
M. G.
Silveirinha
,
C. A.
Fernandes
,
J. R.
Costa
, and
C. R.
Medeiros
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
174103
(
2008
).
17.
T. A.
Morgado
,
J. S.
Marcos
,
M. G.
Silveirinha
, and
S. I.
Maslovski
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
063903
(
2011
).
18.
M. G.
Silveirinha
,
C. A.
Fernandes
, and
J. R.
Costa
,
Phys. Rev. B
78
,
195121
(
2008
).
19.
M. G.
Silveirinha
,
C. R.
Medeiros
,
C. A.
Fernandes
, and
J. R.
Costa
,
Phys. Rev. B
81
,
033101
(
2010
).
20.
M. G.
Silveirinha
,
Phys. Rev. B
79
,
153109
(
2009
).
21.
T. A.
Morgado
,
J. S.
Marcos
,
S. I.
Maslovski
, and
M. G.
Silveirinha
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
021104
(
2012
).
22.
C. R.
Simovski
and
P. A.
Belov
,
Phys. Rev. E
70
,
046616
(
2004
).
23.
I. S.
Nefedov
,
A. J.
Viitanen
, and
S. A.
Tretyakov
,
Phys. Rev. B
72
,
245113
(
2005
).
24.
P. A.
Belov
,
R.
Marqués
,
S. I.
Maslovski
,
I. S.
Nefedov
,
M. G.
Silveirinha
,
C. R.
Simovski
, and
S. A.
Tretyakov
,
Phys. Rev. B
67
,
113103
(
2003
).
25.
M. G.
Silveirinha
and
C. A.
Fernandes
,
IEEE Trans. Microwave Theory Tech.
53
,
1418
(
2005
).
26.
C. R.
Simovski
,
P. A.
Belov
,
A. V.
Atrashchenko
, and
Y. S.
Kivshar
,
Adv. Mater.
24
(
31
),
4229
4248
(
2012
).
27.
J.
Yao
,
Z.
Liu
,
Y.
Liu
,
Y.
Wang
,
C.
Sun
,
G.
Bartal
,
A. M.
Stacy
, and
X.
Zhang
,
Science
321
,
930
(
2008
).
28.
F.
Lemoult
,
M.
Fink
, and
G.
Lerosey
,
Nat. Commun.
3
,
889
(
2012
).
29.
D. E.
Fernandes
,
S. I.
Maslovski
, and
M. G.
Silveirinha
,
Phys. Rev. B
85
,
155107
(
2012
).
30.
V. V.
Vorobev
and
A. V.
Tyukhtin
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
184801
(
2012
).
31.
A. N.
Poddubny
,
P. A.
Belov
, and
Y. S.
Kivshar
,
Phys. Rev. A
84
,
023807
(
2011
).
32.
A.
Poddubny
,
I.
Iorsh
,
P.
Belov
, and
Y.
Kivshar
,
Nat. Photonics
7
,
948
957
(
2013
).
33.
I. S.
Nefedov
and
C. R.
Simovski
,
Phys. Rev. B
84
,
195459
(
2011
).
34.
A. V.
Kabashin
,
P.
Evans
,
S.
Pastkovsky
,
W.
Hendren
,
G. A.
Wurtz
,
R.
Atkinson
,
R.
Pollard
,
V. A.
Podolskiy
, and
A. V.
Zayats
,
Nat. Mater.
8
,
867
(
2009
).
35.
M. G.
Silveirinha
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
193903
(
2009
).
36.
S.
Chu
and
S.
Wong
,
Phys. Rev. Lett.
48
,
738
(
1982
).
37.
M. D.
Stenner
,
D. J.
Gauthier
, and
M. A.
Neifeld
,
Nature (London)
425
,
695
(
2003
).
38.
J. P.
Vigneron
,
P.
Simonis
,
A.
Aiello
,
A.
Bay
,
D. M.
Windsor
,
J.-F.
Colomer
, and
M.
Rassart
,
Phys. Rev. E
82
,
021903
(
2010
).
39.
J. T.
Costa
and
M. G.
Silveirinha
,
Opt. Express
20
,
13915
(
2012
).
40.
M. A.
Ordal
,
R. J.
Bell
,
R. W.
Alexander
, Jr.
,
L. L.
Long
, and
M. R.
Querry
,
Appl. Opt.
24
,
4493
(
1985
).
41.
J. T.
Costa
and
M. G.
Silveirinha
,
Phys. Rev. B
86
,
075129
(
2012
).
42.
See http://www.cst.com, CST Microwave Studio™
2014
, CST GmbH for a MPI parallel computing solution was used to simulate this model in CST.
You do not currently have access to this content.