Невидимость уже видится

Невидимость уже видится

11 августа 2008 года сходу две группы американских ученых объявили о разработке новых материалов с отрицательным показателем преломления. Подобные материалы существовали и ранее, но они работали только для электрических волн, распространяющихся в определенной плоскости, и узенького спектра частот. В перспективе подобные материалы могут применяться для сотворения маскирующих экранов, которые будут делать объекты в определенной зоне невидимыми для постороннего наблюдающего.

Обе группы ученых работали под управлением Сян Джан (Xiang Zhang) из Калифорнийского института в Беркли, США, при денежной поддержке военных.

Отрицательный показатель преломления значит, что свет в материале распространяется особенным образом: направление фазовой скорости электрической волны оказывается обратным направлению ее распространения. В первый раз понятие материала с отрицательным показателем преломления появилось в работе русского физика, сейчас доктора МФТИ, Виктора Веселаго в 1967 году. Но тогда эти выкладки посчитали менее чем гипотетичными умозаключениями. Ну и сам создатель не сумел предъявить научной общественности определенный материал с такими качествами. Стоит увидеть, что это не вина исследователя: в природе до сего времени не найдено веществ с отрицательным коэффициентом преломления. Таким макаром, результаты Веселаго оказались позабыты на 40 лет.

В 90-х годах прошедшего века с расцветом нанотехнологий расцвела и теория метаматериалов — материалов, характеристики которых определяются особенностями конструкции, а не хим составом. В 2000 году Дэвид Смит из Калифорнийского института в Сан-Диего показал, что, если материал с определенными качествами нельзя отыскать, то его можно сделать.

Простым примером метаматериала служит железная сетка. Свойство пропускать свет не находится в зависимости от металла, из которого она сделана. С этого и начал Дэвид Смит. Он взял листы медной сетки и расположил их в пара слоев. Он даже не использовал нанотехнологии – размер ячеек был чуток больше 2,5 мм. Выбрав ячейки подабающим образом, Смит достигнул того, что этот медный «пирог» стал для электрических волн с частотой 10 гигагерц материалом с отрицательным коэффициентом преломления.

В этом же году случилось другое принципиальное событие: английский физик Джон Педри на теоретическом уровне показал, что из материалов с отрицательным коэффициентом преломления (которых, напомним, на момент написания работы открыто еще не было) можно сделать суперлинзу. Оптические устройства с положительным показателем преломления ограничены дифракционным пределом — они могут демонстрировать детали, размер которых равен либо больше длины волны света, отраженного от объекта. Дифракция накладывает теоретический предел на системы сотворения изображения. К несчастью, самая маленькая длина волны видимого света составляет около 380 нанометров. Это значит, что в обыденный оптический микроскоп нельзя разглядеть атомы (0,1 нанометра), молекулы (0,5 нанометра), вирусы (20-300 нанометров). Чтоб обойти этот предел ученым пришлось сделать электрическую микроскопию, дифракционную рентгеноскопию и другие сложные и дорогие технологии.

Джону Пендри удалось показать, что линза, изготовленная из метаматериала с отрицательным коэффициентом преломления, не обладает дифракционным пределом. Это значит, что на теоретическом уровне представляется вероятным создавать оптические микроскопы с труднодоступным ранее разрешением. На практике эти результаты были доказаны спустя семь лет, в 2007 году, несколькими независящими группами исследователей по всему миру. Но оказалось, что и это ещё не все.

В 2006 году уже сэр Джон Пендри представил на трибунал общественности теоретические базы невидимости. В его работе утверждалось, что если объект поместить вовнутрь специально сконструированной суперлинзы, то для постороннего наблюдающего этот объект станет невидимым. Световые волны, подчиняясь внутренней структуре материала, будут огибать его со всех боков; правда, в работе отмечалось, что материалов с схожими качествами в текущее время не существует. Невзирая на это, Агентство передовых исследовательских работ при Министерстве обороны США (DARPA) выделило на научную работу приличный грант. С того времени группа Пендри сказала о нескольких существенных результатах: к концу 2009 года они пообещали сделать материал, делающий объект невидимым в спектре радиочастот, а к 2011 году сделать невидимым танк.

Последнее из главных событий случилось в июне 2008 года. Математик Грейм Милтон (Graeme Milton) из Института Юты нашел у неких суперлинз маскирующую зону. Оказалось, что объект не нужно помещать вовнутрь линзы, довольно поставить его рядом. Лучи света, отраженные от объекта, будут прятаться лучами света преломленными линзой. Отраженный свет не будет достигать наблюдающего, и объект будет для него невидим. В этом смысле невидимость Милтона припоминает шапку-невидимку: довольно одеть ее, и становишься весь невидимым, в то время как невидимость Пендри – это плащ, в который нужно укутываться. В подтверждение работоспособности собственной теории южноамериканские арифметики представили компьютерную программку для варианта плоских (двумерных) магнитных волн. Как это будет смотреться в пространстве (трехмерном), ученые не ответили.

К августу 2008 года уже набралась довольно большая коллекция метаматериалов с отрицательным показателем преломления. И вот, в конце концов, 11 августа на трибунал научного общества были представлены сходу два материала, которые по утверждениям создателей владеют отрицательным показателем преломления для широкого спектра электрического излучения. А именно, в этот спектр попадают частоты видимого света. Вообщем говоря, это не 1-ый материал с схожими качествами. В 2007 году исследователи из Принстона представили многослойную конструкцию из серебра и полупроводников, которая также обладала схожими качествами. Но она всасывал огромную часть излучения, что делало неосуществимым его применение в оптике.

Как говорят создатели, новые материалы лишены схожих недочетов. Схема первого припоминает принстонский аналог. Сами ученые именуют ее «рыболовной сетью». Материал представляет собой несколько чередующихся слоев серебра и фторида магния, в каких проделаны отверстия нанометрового размера. Из приобретенного материала ученые сделали призму, для демонстрации оптических эффектов. Их работа будет размещена в Nature.

2-ая группа исследователей использовала пористый оксид алюминия. Снутри полостей с помощью специального процесса ученые вырастили серебряные наноштыри, расположенные очень близко (на расстоянии наименьшем длины световой волны) друг к другу. Работа этой группы будет размещена в журнальчике Science.

Сами ученые довольно скептически глядят не перспективы внедрения этих материалов для сотворения плащей-невидимок. Так в телефонном интервью Reuters, один из создателей материала Джейсон Валентин (Jason Valentine) заявил, что людям пока не стоит беспокоиться по поводу вероятного возникновения плащей-невидимок. Хотя он и отметил, что потенциально новый материал может быть применен для сотворения невидимости по способу, предложенному Джоном Пендри.

Андрей Коняев

Другие статьи:
Интернет журнал НЛО МИР

Всего комментариев: 0

Оставить комментарий

*

code

Редакция рекомендует

close
x