211service.com
Přiblížení neviditelných plášťů
V důležitém kroku směrem k vývoji praktických neviditelných plášťů výzkumníci zkonstruovali dva nové materiály, které ohýbají světlo zcela novými způsoby. Tyto materiály jsou první, které pracují v optickém pásmu spektra, které zahrnuje viditelné a infračervené světlo; stávající maskovací materiály fungují pouze s mikrovlnami. Takové pláště, dlouho zobrazované ve sci-fi, by umožnily předmětům, od válečných letadel po lidi, schovat se před očima.
Neviditelná síť: Nový materiál, který dokáže jedinečným způsobem ohýbat blízké infračervené světlo, má síťovanou strukturu. Tyto snímky hranolu vyrobeného z materiálu byly pořízeny rastrovacím elektronovým mikroskopem. Otvory v síti umožňují interakci materiálu s magnetickou složkou světla, což umožňuje neobvyklé ohýbání a demonstruje jeho příslib pro použití v budoucích neviditelných pláštích. Ve vložce jsou viditelné vrstvy kovu a izolačního materiálu, které tvoří metamateriál.
Oba materiály jsou v časopisech popsány samostatně Věda a Příroda tento týden projevte vlastnost zvanou negativní lom, kterou nemá žádný přírodní materiál. Když světlo prochází materiály, ohýbá se dozadu. Jeden materiál pracuje s viditelným světlem; druhý byl demonstrován s blízkým infračerveným světlem.
Materiály, vytvořené v laboratoři University of California, Berkeley, inženýr Xiang Zhang , by mohla ukázat cestu k neviditelným plášťům, které chrání objekty před viditelným světlem. Ale Steven Cummer , inženýr z Duke University zapojený do vývoje mikrovlnného pláště, varuje, že před použitím nových materiálů k maskování je ještě dlouhá cesta. Maskovací materiály musí vést světlo velmi přesně kontrolovaným způsobem tak, aby obtékalo objekt a znovu se formovalo na druhé straně bez zkreslení. Materiály z Berkeley mohou ohýbat světlo základním způsobem nezbytným pro maskování, ale budou vyžadovat další inženýrství pro manipulaci se světlem tak, aby bylo pečlivě nasměrováno.
Jeden z nových materiálů Berkeley se skládá ze střídajících se vrstev kovu a izolačního materiálu, přičemž oba jsou opatřeny mřížkou čtvercových otvorů. Celková tloušťka zařízení je asi 800 nanometrů; otvory jsou ještě menší. Tyto naskládané vrstvy tvoří smyčky elektrického proudu, které reagují na magnetické pole světla, což umožňuje jeho jedinečné ohybové vlastnosti, říká Jason Valentine , postgraduální student v Zhangově laboratoři. Naproti tomu přirozeně se vyskytující materiály neinteragují s magnetickou složkou elektromagnetických vln. Změnou velikosti otvorů mohou vědci naladit materiál na různé frekvence světla. Dosud prokázali negativní lom blízkého infračerveného světla pomocí hranolu vyrobeného z materiálu.
Výzkumníci se pokoušeli vytvořit takové materiály téměř 10 let, od té doby, co je napadlo, že negativní lom může být skutečně možný. Jiní výzkumníci byli schopni vytvořit pouze jednotlivé vrstvy, které jsou příliš tenké – a příliš neefektivní – pro aplikace zařízení. Materiál Berkeley je asi 10krát tlustší než předchozí návrhy, což pomáhá zvýšit propustnost světla a zároveň je dostatečně robustní, aby se stal základem pro skutečná zařízení. To se blíží skutečným zařízením v nanoměřítku, říká Cummer o Berkeleyově hranolu.
Druhý materiál tvoří stříbrné nanodrátky zapuštěné v hliníku. Médium nanodrátů funguje jako svazky optických vláken, takže v principu je to docela jiné, říká Nicholas Fang , profesor mechanických věd a inženýrství na University of Illinois v Urbana-Champagne, který se na výzkumu nepodílel. Vrstvená mřížková struktura nejen ohýbá světlo v negativním směru; to také způsobí, že cestuje zpět. Světlo procházející nanovláknovou strukturou se také ohýbá v negativním směru, ale necestuje zpět. Protože je práce stále v raných fázích, není jasné, který optický metamateriál bude fungovat nejlépe a pro jaké aplikace. Možná budoucí řešení spojí tyto dva přístupy, říká Fang.
Vytvoření neviditelného pláště bude představovat velké technické problémy. Za prvé, výzkumníci budou muset zvětšit měřítko materiálu, i když zamaskují malý objekt: stávající mikrovlnná maskovací zařízení a teoretické návrhy optických plášťů musí mít mnoho vrstev, aby vedly světlo kolem objektů bez zkreslení. Výroba materiálů pro mikrovlnné maskování byla snazší, protože tyto vlnové délky lze řídit relativně velkými strukturálními prvky. Vedení viditelného světla kolem objektu bude vyžadovat materiál, jehož struktura je řízena v nanoměřítku, jako jsou ty vyrobené v Berkeley.
Vývoj maskovacích zařízení může nějakou dobu trvat. Z krátkodobého hlediska budou materiály z Berkeley pravděpodobně užitečné v telekomunikacích a mikroskopii. Vlnovody v nanoměřítku a další zařízení vyrobená z materiálů by mohla překonat jeden z hlavních problémů zmenšení optické komunikace na úroveň čipu: umožnit jemné ovládání paralelních toků světla bohatého na informace na stejném čipu, aby se navzájem nerušily. A nové materiály by se také mohly časem rozvinout do čoček pro světelné mikroskopy. Fang a další vyvinuli takzvané superčočky pro překonání zásadních omezení rozlišení na světelných mikroskopech, které odhalují fungování biologických molekul s rozlišením nanoměřítek pomocí ultrafialového světla, které ve velkých dávkách poškozuje živé buňky. Nebylo však možné vyrobit superčočky, které by fungovaly ve viditelných a blízkých infračervených částech spektra bohatých na informace a přátelské k buňkám.