211service.com
Jak učinit objekt neviditelným
Teoreticky bylo navrženo zařízení ve tvaru kartáče na vlasy, které by využívalo štětiny vyrobené z nanodrátek k ohýbání světla kolem něj, čímž by objekt byl neviditelný. Výzkumníci, kteří přišli s designem, říkají, že je to první praktický design pro optický plášť, který funguje ve viditelném spektru. Nyní pracují na sestavení skutečného zařízení na základě svých výpočtů.
Oblékni se, svlékni se: Simulace ukazují, jak světlo interaguje s průřezem maskovacího zařízení. Když je odmaskovaný (nahoře), světlo se odráží od objektu. Ale když je maskovaný (dole), světlo je vedeno kolem objektu a čehokoli v něm.
Ačkoli je to stále pouze teoretický návrh, je prvním, který ukazuje, jak by mohl být nedávno objevený maskovací efekt přimět k tomu, aby fungoval pro všechny vlnové délky viditelného světla, říká Vladimír Šalajev , profesor elektrického a počítačového inženýrství na Purdue University ve West Lafayette, IN, který vedl výzkumné úsilí.
Stanovuje plán pro budování těchto druhů struktur, říká John Pendry , profesor teoretické fyziky na Imperial College London, Spojené království. Kromě toho, že by bylo možné změnit věci na neviditelné, mohla by tato práce vést ke způsobům, jak vytvořit tepelné štíty ohýbáním infračerveného světla kolem objektů, říká. Pendryho počáteční výzkum vedl k loňskému vytvoření prvního funkčního maskovacího zařízení, které fungovalo v mikrovlnném rozsahu. (Viz Cloaking Breakthrough.) Tato nejnovější práce nyní ukazuje způsob, jak to rozšířit do oblasti viditelného světla, říká Pendry.
Aby se objekt stal neviditelným, musí dělat dvě věci: musí být schopen ohýbat světlo kolem sebe, aby nevrhal žádný stín, a nesmí produkovat žádný odraz. Zatímco přirozeně se vyskytující materiály toho nejsou schopny, nová třída materiálů nazývaná metamateriály to nyní umožňuje. (Viz TR10: Neviditelná revoluce.)
Ohýbání světla kolem předmětu vyžaduje, aby materiál měl negativní index lomu. Index lomu je vlastnost, která určuje, jak světlo prochází médiem; to je důvod, proč bude hůl vypadat ohnutá, když ji vložíte do vody. Pokud by voda měla záporný index lomu, hůl by vypadala, jako by se ohýbala zpět na sebe.
V loňském roce Pendry prokázal, že je teoreticky možné navrhnout struktury z velmi tenkých vodivých drátů, které by mohly mít vliv na elektrická a magnetická pole mikrovln a způsobit jejich ohýbání nepřirozeným způsobem, jako je tento. Tato teorie byla později podpořena experimenty, které provedl David Smith a David Schurig na Duke University, v Durhamu, NC.
Zdálo se však, že opakování úspěchu pro vizuální světlo představovalo problémy. Za prvé, aby návrh použitý Smithem a Schurigem fungoval pro viditelné světlo, vyžadovalo by to součásti o velikosti pouhých 40 nanometrů.
Řešením bylo navrhnout zařízení s těsně rozmístěnými jehlami nanodrátů o průměru 10 nanometrů a délce 60 nanometrů, vycházejících z válcového středového paprsku. V aktuálním čísle časopisu Fotonika přírody , vědci ukazují, jak – alespoň teoreticky – by to zakrylo objekt před červeným světlem o vlnové délce 632,8 nanometrů.
Tento přístup má však omezení. Stále by se odráželo velmi malé procento světla, takže objekt by nebyl zcela neviditelný. Také, zatímco design může být přizpůsoben tak, aby fungoval pro jiné frekvence ve viditelném rozsahu, design bude stále fungovat pouze pro velmi úzké pásmo světla.
To je skutečný problém, říká Ulf Leonhardt , profesor teoretické fyziky na St. Andrews University ve Skotsku a odborník v této oblasti. Vypadalo by to úplně divně a určitě byste něco viděli. Ale říká, že to není obžaloba výzkumu Purdue; spíše jde o obecný problém dosavadního výzkumu maskování.
Je to stále důležitý krok, abychom se dostali do viditelné oblasti, říká Leonhardt. A je to jasný krok vpřed. Ale aby nám věci skutečně zmizely před očima, bude třeba najít způsob, jak zajistit, aby zařízení fungovala v širokém rozsahu frekvencí, říká.
I tak je použití nanodrátů velmi praktickým způsobem vpřed, říká Pendry. Je to velmi užitečné, protože to, co teď opravdu chceme, je vidět, jak dobře je lidé dokážou postavit, říká. Ve skutečnosti na tom skupina nyní pracuje. Dalším krokem je vyrobit a otestovat skutečný vzorek, říká Alexander Kildišev, vědecký pracovník z Purdue. Tato práce bude provedena ve spolupráci s Purdue's Birck Nanotechnology Center.