211service.com
Podatny na zginanie materiał zginający światło
Naukowcy z University of St. Andrews stworzyli arkusze elastycznego metamateriału, który może manipulować światłem widzialnym. To dość znaczący krok naprzód, mówi Stevena Cummera , profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej na Duke University oraz wynalazca pierwszej peleryny-niewidki na bazie metamateriału. Na częstotliwościach radiowych wiemy, jak zrobić wiele z tych rzeczy. Ale przy długościach fal optycznych rzeczy były bardzo ograniczone w produkcji.
Teraz to widzisz: Arkusz Metaflexu, nowego metamateriału, który można wykorzystać w urządzeniach i tkaninach, które mogą manipulować światłem widzialnym.
Metamateriały pozwalają naukowcom manipulować falami elektromagnetycznymi poza granice tego, na co pozwala fizyka w materiałach naturalnych. Oprócz obiecujących lepszych ogniw słonecznych i soczewek mikroskopowych o wysokiej rozdzielczości, metamateriały zostały również wykorzystane do stworzenia tak zwanych pelerynek niewidzialności, w których fale elektromagnetyczne są zaginane wokół obiektu, jakby go po prostu nie było.
Jednak metamateriały muszą być zbudowane z elementów mniejszych niż długość fali manipulowanego promieniowania elektromagnetycznego. Oznacza to, że peleryny-niewidki (i ogólnie większość urządzeń metamateriałów) działają tylko przy długościach fal dłuższych niż te występujące w świetle widzialnym, takim jak częstotliwości radiowe i mikrofalowe. Metamateriały zaprojektowane do pracy z długościami fal optycznych są zbudowane na sztywnych i delikatnych podłożach, w wyniku czego zostały ograniczone do laboratorium.
Nowy metamateriał, nazwany przez jego twórców Metaflex, jest wytwarzany na wierzchu sztywnego podłoża. Na tym podłożu osadzana jest początkowa, protektorowa warstwa materiału, aby zapobiec przyklejaniu się kolejnych warstw do tego podłoża. Następnie kładzie się arkusz elastycznego, przezroczystego polimeru z tworzywa sztucznego. Następnie, w procesie litograficznym, podobnym do tego, który stosuje się do produkcji chipów krzemowych, na wierzchu polimeru powstaje siatka ze sztabek złota, każda o długości od 100 do 200 nanometrów i grubości 40 nanometrów. (Te pręty działają jak nanoanteny, które oddziałują z nadchodzącymi falami elektromagnetycznymi.) Materiał Metaflex jest następnie zanurzany w substancji chemicznej, która uwalnia polimer z warstwy poniżej i ze sztywnego podłoża.
Zmieniając długość i odstępy między nanoantenami, Metaflex można dostroić do interakcji z różnymi długościami fal światła. Proste arkusze testowane przez naukowców po prostu blokowały część przychodzącej wiązki światła o określonych długościach fal, ale to wystarczy, aby zademonstrować, że Metaflex to działający metamateriał. Naukowcy z St. Andrew's testowali długości fal tak krótkie, jak 620 nanometrów (odpowiadające kolorowi czerwonemu).
Do tej pory naukowcy wyprodukowali elastyczne arkusze o wymiarach 5 na 8 milimetrów i grubości 4 mikrometrów. Chociaż próbka wielkości paznokcia może wydawać się mała, jest to duży krok naprzód w porównaniu z mikroskopijnymi wymiarami innych metamateriałów optycznych. Naukowcy z St. Andrew's są przekonani, że Metaflex może być produkowany w jeszcze większych rozmiarach i w dużych ilościach. Jest całkowicie skalowalny do poziomów przemysłowych, mówi Andrea Di Falco, główny autor książki papier opublikowany w Nowy Czasopismo Fizyki wczoraj opisujący materiał.
Nawet przy niewielkich rozmiarach elastyczność materiału prawdopodobnie przyniesie pewne duże korzyści. Naprawdę chciałbyś mieć możliwość kształtowania metamateriałów optycznych w cylindry lub sekcje sferyczne. Mogłoby to pozwolić na przykład na tworzenie zakrzywionych supersoczewek, które mogłyby powiększać obiekty tak małe, że obecnie nie można ich zobaczyć za pomocą soczewek optycznych ze względu na efekty dyfrakcyjne. Na sztywnych podłożach jest prawie niemożliwe wytworzenie tego typu rzeczy, mówi Cummer z Duke University, ale dzięki elastycznemu materiałowi można je wyprodukować na płasko i łatwo wygiąć do kształtu.
Di Falco uważa, że powinno być możliwe układanie razem arkuszy Metaflex w celu utworzenia grubych warstw i bloków materiału, tworząc pierwszy optyczny metamateriał o znacznej trójwymiarowej objętości. Taki rozwój otworzyłby drzwi do nowych właściwości, w tym, być może, możliwości pracy na więcej niż jednej długości fali na raz. Inni badacze byli w stanie stworzyć metamateriały, które można dostroić, aby reagowały na różne pojedyncze długości fal po wyprodukowaniu, ale najlepiej byłoby, gdyby materiał mógł pracować jednocześnie w szerokim paśmie długości fal. Można to osiągnąć poprzez układanie w stos arkuszy MetaFlex, z których każdy jest dostrojony do innej długości fali.
Następnym krokiem naukowców jest stworzenie tych stosów i zbadanie, jak zmieniają się właściwości Metaflex, gdy arkusze są skręcane, rozciągane lub zginane.
Ostatecznie, jak mówi Di Falco, Metaflex może mieć zastosowania, takie jak manipulowanie światłem z diody LED wbudowanej w soczewkę kontaktową dla rzeczywistości rozszerzonej, tak aby obrazy generowane komputerowo były rzutowane na siatkówkę użytkownika. I oczywiście jest niewidzialność. Jeśli masz coś elastycznego, możesz wbudować to w tkaninę. Wtedy możesz pomyśleć o dostrojeniu właściwości każdej warstwy, aby zmienić reakcję tkaniny, dając coś podobnego do kamuflażu. A więc tak – są podstawy do [peleryny-niewidki]. Nie jutro. Ale nad tym będę pracował, mówi Di Falco.