Jak sprawić, by obiekt stał się niewidoczny?

Teoretycznie zaprojektowano urządzenie w kształcie szczotki do włosów, które wykorzystywałoby włosie wykonane z nanodrutów do zaginania światła wokół niego, czyniąc obiekt niewidzialnym. Naukowcy, którzy wymyślili projekt, twierdzą, że jest to pierwszy praktyczny projekt, w którym peleryna optyczna działa w zakresie widzialnym. Obecnie pracują nad zbudowaniem rzeczywistego urządzenia na podstawie swoich obliczeń.

Zamaskować, zamaskować: Symulacje pokazują, jak światło oddziałuje na przekrój urządzenia maskującego. Kiedy jest nieosłonięty (góra), światło odbija się od obiektu. Ale kiedy jest zamaskowany (na dole), światło jest kierowane wokół obiektu i wszystkiego, co się w nim znajduje.

Chociaż wciąż jest to tylko projekt teoretyczny, jest pierwszym, który pokazuje, jak niedawno odkryty efekt maskowania może działać dla wszystkich długości fal światła widzialnego, mówi Władimir Szalajew , profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej na Purdue University w West Lafayette, IN, który kierował badaniami.

Określa mapę drogową budowania tego rodzaju konstrukcji, mówi John Pendry , profesor fizyki teoretycznej w Imperial College w Londynie, Wielka Brytania. Poza umożliwieniem uczynienia rzeczy niewidzialnymi, prace mogą doprowadzić do stworzenia osłon termicznych poprzez zaginanie światła podczerwonego wokół obiektów, mówi. Wstępne badania Pendry doprowadziły do ​​stworzenia w zeszłym roku pierwszego działającego urządzenia maskującego, które działało w zakresie mikrofal. (Patrz Przełom w zakresie maskowania). Najnowsze prace pokazują teraz sposób na rozszerzenie tego na zakres światła widzialnego, mówi Pendry.

Aby stać się niewidzialnym, obiekt musi robić dwie rzeczy: musi być w stanie zagiąć wokół siebie światło, tak aby nie rzucał cienia, i nie może powodować odbicia. Chociaż naturalnie występujące materiały nie są w stanie tego zrobić, nowa klasa materiałów, zwana metamateriałami, umożliwia to teraz. (Patrz TR10: Niewidzialna rewolucja .)

Zaginanie światła wokół obiektu wymaga, aby materiał miał ujemny współczynnik załamania światła. Współczynnik załamania światła to właściwość, która określa, jak światło przechodzi przez ośrodek; to jest powód, dla którego sztyft będzie wyglądał na wygięty po umieszczeniu w wodzie. Gdyby woda miała ujemny współczynnik załamania, kij wyglądałby tak, jakby sam się wyginał.

W zeszłym roku Pendry wykazał, że teoretycznie możliwe jest zaprojektowanie struktur bardzo cienkich przewodów przewodzących, które mogłyby mieć wpływ na pola elektryczne i magnetyczne mikrofal, powodując ich zginanie w nienaturalny sposób, taki jak ten. Teoria ta została później poparta eksperymentami przeprowadzonymi przez David Smith oraz David Schurig na Duke University w Durham, NC.

Ale powtórzenie sukcesu dla światła wizualnego wydawało się stwarzać problemy. Po pierwsze, stworzenie projektu zastosowanego przez Smitha i Schuriga dla światła widzialnego wymagałoby komponentów o wielkości zaledwie 40 nanometrów.

Rozwiązaniem było zaprojektowanie urządzenia z ciasno rozmieszczonymi igłami z nanodrutów o średnicy 10 nanometrów i długości 60 nanometrów, wychodzącymi z cylindrycznej szprychy centralnej. W bieżącym numerze czasopisma Fotonika przyrody , naukowcy pokazują, jak – przynajmniej teoretycznie – zasłoniłoby to obiekt przed czerwonym światłem o długości fali 632,8 nanometrów.

Istnieją jednak ograniczenia tego podejścia. Bardzo mały procent światła nadal byłby odbijany, więc obiekt nie byłby całkowicie niewidoczny. Ponadto, chociaż projekt można dostosować do pracy dla innych częstotliwości w zakresie widzialnym, projekt nadal będzie działał tylko dla bardzo wąskiego pasma światła.

To prawdziwy problem, mówi Ulfa Leonhardta , profesor fizyki teoretycznej na Uniwersytecie St. Andrews w Szkocji i ekspert w tej dziedzinie. Wyglądałoby to zupełnie dziwnie i na pewno coś byś zobaczył. Ale mówi, że nie jest to oskarżenie badań Purdue; jest to raczej ogólny problem z dotychczasowymi badaniami nad maskowaniem.

To wciąż ważny krok, aby wejść w widzialny zakres, mówi Leonhardt. I to zdecydowany krok naprzód. Ale aby rzeczy naprawdę zniknęły na naszych oczach, trzeba będzie znaleźć sposób, aby urządzenia działały w szerokim zakresie częstotliwości, mówi.

Mimo to stosowanie nanoprzewodów jest bardzo praktycznym krokiem naprzód, mówi Pendry. To bardzo przydatne, ponieważ teraz naprawdę chcemy zobaczyć, jak dobrze ludzie mogą je zbudować, mówi. Rzeczywiście, nad tym właśnie teraz pracuje grupa. Następnym krokiem jest wyprodukowanie i przetestowanie rzeczywistej próbki, mówi Alexander Kildishev, naukowiec z Purdue. Prace te będą prowadzone we współpracy z Centrum Nanotechnologii Birck w Purdue.

ukryć