Плащ-невидимка... почти реальность

То, о чем еще совсем недавно можно было прочитать только в сказках или увидеть в фантастических фильмах, уже завтра может оказаться вполне осуществимым. На днях ученые из Университета Дьюка (Северная Каролина) сообщили о проведении успешного эксперимента, который открывает дорогу к созданию устройств, делающих предметы невидимыми. Причем не только заявили, но и продемонстрировали видеозапись.

В 2000 г. сэр Джон Пендри (John Pendry), физик из Имперского колледжа Лондонского университета, предсказал, что металлы могли бы быть созданы таким образом, чтобы обращать электрические поля. После этого были разработаны метаматериалы с отрицательным коэффициентом преломления для частот от гигагерц до оптической области. В мае 2006 г. сэр Пендри и два физика из Университета Дьюка – Дэвид Шриг (David Schrig) и Дэвид Смит (David Smith) – высказали предположение, что в неоднородных композитах с введенными микрочастицами могут изменяться как электрические, так и магнитные свойства. В результате можно получить материал с переменным коэффициентом преломления, а из него соорудить своеобразный «плащ-невидимку». Он будет обводить лучи света вокруг скрываемого предмета.

Черные линии показывают путь световых лучей, проходящих через теоретический «плащ-невидимку»

Дело в том, что в материалах с положительной диэлектрической постоянной при преломлении луч света отклоняется к нормали, но в материалах с отрицательным значением этой величины он отклоняется от нормали. Таким образом, изменяя диэлектрическую проницаемость, можно делать любой вид плоских линз, вплоть до «плащей-невидимок». С тех пор были продемонстрированы дюжины метаматериалов с описанным выше эффектом.

Тогда же в мае ученые заявляли о том, что на воплощение этой идеи в прототип потребуется не менее пяти лет, но, как оказалось, они уложились в пять месяцев. Пока эксперимент удалось проделать лишь с небольшим медным цилиндром, а сама невидимая область составляет всего пять квадратных дюймов. Плащ работает для электромагнитного излучения с длиной волны больше, чем рентгеновское и ультрафиолетовое, и короче, чем инфракрасное излучение, микро- и радиоволновое.

Представленное устройство фактически направляет лучи вокруг объекта, восстанавливая их с другой стороны, образно говоря, подобно воде, обтекающей камень. В результате метаматериал позволяет снизить как отражающие свойства объекта, так и отбрасываемую им тень, правда, не на все 100%.

По большому счету, тот же подход в создании устройства может быть использован и в диапазоне видимого излучения. Однако, как отмечают исследователи, необходимо будет разработать метаматериалы с более сложной микроструктурой. Это вызвано тем, что внутренняя структура должна характеризоваться меньшими пространственными параметрами, чем длина волны используемого излучения. В эксперименте использовались волны длиной 3 см, поэтому создать материал с миллиметровой структурой было не сверхсложно. Куда более трудоемкой является задача с видимым светом, когда длина волны меньше микрона, что требует разработки микроструктур, не превышающих нескольких нанометров. Однако с учетом современных темпов развития нанотехнологии можно ожидать, что и она будет решена в недалеком будущем.

Но даже нынешняя разработка уже может найти применение, поскольку военные радары функционируют в том же частотном диапазоне. Помимо этого, технология может быть использована и для экранирования различных излучений, например мобильных телефонов.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365