|
Один из неизменных атрибутов сказок - плащ-невидимка - приобретает реальные очертания. Ученые создали новую форму материи. Метаматериалы, которые преломляют излучение так, что предмета под ними не видно.
Дружелюбный японец из центра Токио передает привет Гарри Поттеру. Плащ-невидимка делает его прозрачным для наблюдателей, оставляя лишь размытый контур. Это не шутка и не спецэффект - инженеры из токийского университета создали материал, состоящий из миллиарда микроскопических бусин. Со спины в них вмонтированы крошечные видеокамеры - они передают то, что видят, на переднюю сторону плаща. В результате вместо человека мы видим только фон, на котором он стоит.
Японский плащ выглядит эффектно, но есть проблема: в нем герой невидим только с одного ракурса. Стоит повернуться - эффект пропадает. Но в ближайшем будущем дерзкая задумка может стать реальностью: российские физики разрабатывают метаматериалы с отрицательным коэффициентом преломления света. Они не отражают свет, как все природные материалы, а буквально обводят его вокруг. Объект, накрытый материей, исчезает.
«Возникла принципиальная возможность манипулировать светом так же как мы манипулируем водой - так ее пустить, так, через плотину», - говорит Андрей Сарычев, главный научный сотрудник Института теоретической и прикладной электродинамики РАН.
Когда мы видим предметы, мы видим отраженный от них свет, электромагнитные волны. В середине ХХ века физики поняли, что фотоны света не просто касаются поверхности объекта, но взаимодействуют с ней - вызывают колебания зарядов в поверхностном слое материала. Так возникает отражение. И теоретически этим процессом можно управлять - подобрать материал который будет преломлять свет под отрицательным углом. Не отражать, а уводить свет по касательной дальше, как будто и не было никакой преграды.
Российские физики искали примеры таких материалов в природе. Оказалось, их нет. И лишь в конце прошлого века ученые смогли сконструировать структуру с нужным коэффициентом преломления. Ее назвали метаматериалом.
«Один из первых образцов был изготовлен в 1997 году, на основе проволочных спиралей. Все спирали образца выложены хаотически чтобы свойства образца не зависели от поляризации падающего света, то есть под каким бы углом ни упал свет, он будет его поглощать», - рассказывает Владимир Семененко, заведующий лабораторией Института теоретической и прикладной электродинамики РАН.
В эксперименте в Университете Дюка в США американцы спрятали шарик под колпаком из метаматериала. На нем заметны микроволны в виде движущихся полос. На картинке снизу все как обычно - волны отражаются от шарика. Сверху метаматериал заставляет волны изогнуться и пройти дальше - то есть в этом диапазоне излучения шарик невидим.
Кажется, вот-вот и мечта сбудется, но сложность в том, что для каждого светового спектра - красного, зеленого или синего - метаматериал нужно настраивать по-своему.
«Но можно перестраивать длину волны, чтобы вы стали невидимой для разных длин. У вас был бы зыбкий образ некоторый. Это не фантастика, это правда», - уверяет Андрей Лагарьков директор Института теоретической и прикладной электродинамики РАН.
Но для этого частицы метаматериала нужно еще уменьшать и уменьшать, до размера в несколько микрон.
Физики не спешат порадовать военных невидимыми танками и волшебным камуфляжем. Но армия на них не в обиде. В этой комнате со странным футуристическим декором ученые работают над «повышением невидимости на радиочастотах»: экраны из метаматериалов делают самолеты невидимыми для радаров и уменьшают шум антенн сотовой связи. Бумажные трубочки повсюду нужны для полной изоляции комнаты от звуков и радиоволн.
«Использование такого экрана позволяет снизить в десятки -сотни раз уровень бокового шума антенны», - говорит Владимир Семененко.
Простым пользователям разработчики метаматериалов обещают революцию в электронике: сверхтонкие телефоны и невиданные скорости передачи данных. А на вопрос о плаще-невидимке только лукаво подмигивают. Наверно, готовят сюрприз.
| |