Ученые регулярно ведут исследования, направленные на то, чтобы сделать предметы неразличимыми, невидимыми для глаз человека. Эти работы всегда привлекали большой интерес, ведь каждый наверняка в детстве читал сказки про шапку-невидимку. В пятницу журнал Science опубликовал статью немецких ученых из Технологического института Карлсруэ, в которой рассказывается о прогрессе в создании «невидимости».
Все предыдущие разработки, связанные с созданием материалов, позволяющих сделать объект неразличимым в оптическом диапазоне, ограничивались тем, что нужный эффект достигался только на плоскости или же при наблюдении с определенных направлений. Помимо реальных физических экспериментов создается немалое количество теоретических моделей эффекта «невидимости», как, например, сделали математики из Университета штата Юта. Они смоделировали принцип маскировки объектов при использовании так называемых волновых источников маскировки — объектов, которые генерируют волны на небольшие расстояния, заставляющие волновой фронт огибать предмет, который необходимо «спрятать».
Сейчас же ученым удалось сделать материал, дающий возможность делать объекты невидимыми в трех измерениях в инфракрасном диапазоне длин волн, который весьма близок к оптическому.
Эффект невидимости создается структурой, в которой, как в поленнице, находятся полимерные блоки размером не более сотни микрон (1 микрон = 10-6 метра), которые в деталях можно увидеть человеческим глазом только с помощью лупы. Правда, такой структурой можно сделать невидимым пока только объект, который не превышает по высоте 1,5 микрона. Чтобы скрыть объект от наблюдателей, его нужно положить на поверхность описанной выше структуры.
Эффект «невидимости» будет «объемным», то есть наблюдаться в трех измерениях.
Однако, этот эффект проявляется только в инфракрасном диапазоне, и только если смотреть на объект под углом от 0 до 60 градусов.
Данная структура или «плащ-невидимка», как, видимо по аналогии с волшебным предметом из »Гарри Поттера», говорят его «изготовители», представляет собой материал, который обладает отрицательным коэффициентом преломления электромагнитных волн. Напомним, что коэффициент преломления представляет собой отношение синуса угла падения и синуса угла преломления при переходе луча света из одной среды в другую.
И если эта величина является отрицательной, то это означает не преломление излучения, а его отражение.
Успех немецких ученых связан с разработкой так называемых метаматериалов — это композитные материалы, свойства которых обусловлены не столько индивидуальными физическими свойствами его компонентов, сколько микроструктурой, и такие материалы демонстрируют свойства, нехарактерные для объектов, встречающихся в природе. Одним из таких свойств как раз может быть отрицательный коэффициент преломления, что позволяет делать объекты невидимыми. Но до повсеместного использования этих структур пока еще далеко,
потому что слишком сложным является процесс изготовления блоков малого размера.
«Плащ-невидимка» является очень красивым и увлекательным ориентиром для развития оптики, и это редкий случай, когда практическое применение возникает в области фундаментальных исследований», — заявил ведущий автор работы Тольга Эргин.