Бутерброд-невидимка: В трех измерениях
Группа физиков из Великобритании и Германии продемонстрировала рабочий прототип настоящего «плаща-невидимки», устройства, делающего объекты «прозрачными». Правда, пока только микроскопические объекты и только в ближнем инфракрасном диапазоне волн. Однако авторы заявляют, что никаких принципиальных доработок не потребуется для того, чтобы увеличить масштабы скрываемых объектов и перейти к видимому, оптическому диапазону.
Надо сказать, что идея и принципы создания подобного устройства были сформулированы еще в 2006 г. Дэвидом Смитом (David Smith), который даже сумел создать «плащ-невидимку», вполне эффективно работавший в микроволновом диапазоне (тогда мы писали об этом в заметке «Первые шаги невидимки»). Суть идеи в том, чтобы использовать метаматериалы — искусственные материалы, обладающие необычными электромагнитными или другими свойствами, которые определяются не столько их химическим составом, сколько микроскопической структурой.
Устройство Дэвида Смита представляло собой цилиндр, составленный из концентрических колец на основе меди. В их ячеистой структуре микроволна претерпевает ряд отражений, в результате чего покидает ее, «как будто ничего и не было». Однако тот прототип отличался не только узким и «неинтересным» диапазоном волн, в котором он действовал. К тому же, он работал только в двух измерениях: спрятанный внутри него предмет был незаметен только в том случае, если смотреть на фронт волны со строго определенной позиции (в данном случае, сверху). Теперь же британско-германская группа ученых во главе с Тольгой Эргин (Tolga Ergin) и Джоном Пендри (John Pendry) сумела перейти не только к более близкому диапазону волн, но и к трем измерениям.
Принцип, по которому они сконструировали метаматериал для своего «плаща-невидимки», можно назвать «принципом толстого ковра». Он отлично понятен на схеме, приведенной на иллюстрации: объект скрывается в миниатюрной «выбоине» материала, который в целом представляет собой полностью ровную структуру. Так соринка под толстым ковром оказывается совершенно незаметной наощупь благодаря тому, что он меняет свою структуру. Для этого в ровном зеркале делается миниатюрная выбоина, а поверх него помещается слой метаматериала, свойства которого таковы, что позволяют полностью маскировать наличие этой выбоины — и всего, что вы в ней ни решите спрятать.
Но чтобы этот подход сработал во всех трех измерениях, ученым пришлось прибегнуть к новой хитрости. Они собрали многослойный «бутерброд» из тончайших кремниевых пластин, промежутки между которыми заполнили различной толщины слоями полимерного материала. Это позволило им добиться необходимого распределения коэффициентов преломления в получившейся структуре.
Затем в отражающей поверхности золотой пластины была сделана микроскопическая выбоина, которую и покрыли метаматериалом. Эффект невидимости, действительно, проявился: в ближнем ИК-диапазоне, на длинах волн в 1,4−2,7 мкм выбоина оставалась невидимой под углами до 60О.
Сама по себе выбоина, которая и определяет максимальные размеры скрываемого объекта, конечно, невелика: 30х10х1 мкм. Но, по мнению авторов работы, для работы на более крупных масштабах достаточно просто сделать «бутерброд» крупнее, хотя эффективностью такой подход не отличается. Требуются новые решения в нанотехнологиях, которые позволят быстрее, дешевле и аккуратнее изготавливать наноразмерные пластины кремния.
По публикации physicsworld.com
