Учеба  ->  Науки  | Автор: | Добавлено: 2015-05-28

Плащ-невидимка

Не секрет, что желание сделать что-нибудь невидимым посещает в первую очередь военных.

И посещает довольно давно: о том, что врагу лучше не попадаться на глаза, знали ещё древнекитайские военачальники. Относительно высокотехническое оформление этих идей получили около сорока лет назад – тогда в США началась разработка самолёта F117, не регистрируемого радарами. Технология Stealth, породившая затем ещё несколько объектов законной гордости авиаконструкторов - бомбардировщик B2 Spirit, истребитель F22 Raptor и другие, - потребовало от ученых изрядных усилий, но на самом деле к настоящей невидимости отношения не имеет. От самолёта требуется всего-навсего имитировать участок неба, который он заслоняет, а небо просто поглощает посылаемые радаром радиосигналы. Что же касается предметов по-настоящему невидимых, то они должны быть невидимыми на любом фоне, каким бы сложным тот ни был. И ещё несколько лет назад учёные с охотой уступали право рассуждать на эту тему фантастам. Меня тоже заинтересовала тема невидимости. Насколько реально получить невидимые объекты или невидимые покрытия (оболочки)? Что необходимо для этого? Вымысел это или реальность? В поисках ответа на эти вопросы, я перевернул горы литературы, часами сидел в Интернете. Но, информацию о невидимых объектах (оболочках) я нашел только на страницах современных научных журналов, таких как: «Наука и жизнь», «Что нового в мире науки», «В мире науки»; и на интернетовских сайтах одноименных журналов. Многие сайты, имеющие необходимую информацию о невидимых объектах (оболочках) просто недоступны, либо по причине секретности; либо по финансовым причинам.

Миф или реальность

Итак, в конце XIX и начале XX века невидимость была уделом фантастов, которые видели только химический вариант решения невидимости человека. Человек-невидимка Уэллса употреблял специальный эликсир, чтобы клетки его тела перестали отличаться от воздуха коэффициентом (индексом) преломления – и, следовательно, пропускали свет так же, как воздух.

Такой эликсир, будь он возможен, вряд ли удовлетворил бы сегодняшних учёных. В частности потому, что им можно напоить человека, но не самолёт или подводную лодку. Сам по себе «невидимый боец» - не слишком востребованный инструмент современной войны. Кстати, из текста романа следует, что герой был невидимым, только будучи голым, голодным и слепым, ведь, чтобы воспринимать свет, нужно его поглощать, а то, что поглощает свет, не может быть невидимым.

Невидимость глазами биологов

Для армии и флота подобный путь бесперспективен, но биологи позволили мечте Уэллса отчасти сбыться. Уже к моменту написания романа ихтиологи и даже простые аквариумисты-любители знали о существовании полупрозрачных рыб. Это свойство присуще некоторым морским конькам, глубоководным рыбам и моллюскам, но особенно наглядно проявляется у индийского стеклянного сома. Его ткани лишены большинства веществ, поглощающих видимый свет, так что сквозь тело рыбы без труда просматривается скелет. У млекопитающих, в том числе морских, ничего похожего замечено не было.

С точки зрения оптики данный феномен объясняется тем, что коэффициент преломления клеток тела рыбы примерно равен коэффициенту преломления среды, в которой обитает данная рыба. То есть для того, чтобы сделать объект невидимым, его нужно поместить в среду с коэффициентом преломления, примерно равным коэффициенту преломления данного объекта. Проверим это экспериментальным путём.

Цель данного эксперимента: проверить, зависит ли невидимость объекта от оптических показателей преломления самого объекта и окружающей его среды.

Оборудование:

1 - Стакан с водой (nводы≈1,33)

2 – Набор стеклянных пластинок с различным оптическим показателем преломления: а) Оргстекло (na≈2,02) б) Оптическое (Кварцевое) стекло (nб≈1,47)

Ход работы:

1 - Поместим оргстекло (а), с коэффициентом преломления nа=2,02, в воду, с коэффициентом преломления nводы=1,33. Наблюдаем уменьшение видимости кусочка оргстекла.

2 - Поместим оптическое стекло (б), с коэффициентом преломления nб=1,47, в ту же воду. Наблюдаем почти полную невидимость кусочка оптического стекла.

Вывод: Данный опыт доказывает, что невидимость объекта зависит от оптических показателей преломления самого объекта и окружающей его среды. При совпадении оптического показателя преломления объекта с оптическим показателем преломления среды данный объект становиться абсолютно невидимым.

В 2000 году исследователи из университета Остина поставили серию экспериментов на крысах и хомяках. Впрыскиваниями глицерина они добивались того, чтобы кожа животных становилась прозрачной. Под ней удавалось разглядеть кровеносные сосуды и отдельные внутренние органы, но уже через 20 минут действие препарата заканчивалось. Методу предсказывали серьёзные медицинские перспективы, однако побочных эффектов оказалось больше, чем ожидали, и до клинических испытаниях на людях дело не дошло.

Впрочем, сделать человека полностью невидимым с помощью каких бы то ни было впрыскиваний нельзя. Главной причиной этого называют повсеместное присутствие гемоглобина - пигмента эритроцитов, ответственного за связывание кислорода. Теоретически, конечно, кислород могло бы переносить и бесцветное вещество. Но другие пигменты, в частности меланин, должен препятствовать проникновению солнечных лучей вглубь организма. Такие биомолекулы как ДНК слишком чувствительны к коротковолновой части спектра, так что меланин фактически спасает их от быстрого распада.

Создание невидимых оболочек инженерами-электронщиками

Эстафету из рук биологов приняли инженеры-электронщики из Токийского университета. Авторов очередного изобретения вдохновила идея «плаща-невидимки» - и его, не прибегая к сложным выкладкам и физическим ухищрениям, просто «сшили» из светочувствительного экрана и гибкого дисплея, который воспроизводил на груди изображение со спины «плаща». При этом всё происходящее сзади отображалось спереди с неизбежным для электроники запаздыванием – с подобным эффектом хорошо знакомы владельцы «мыльниц». В общем-то, и этого хватило бы, чтобы навсегда забыть о применении «плаща» в военном деле, но главный недостаток заключался в ином. Из определённой точки человек, скрытый «плащом», мог бы действительно показаться прозрачным, но картинка на дисплее на перемещение наблюдателя не реагирует, и нарушить иллюзию ничего не стоит - достаточно сделать шаг в сторону. Вскрыть обман можно и проще – луч фонарика, направленного на «плащ» спереди, никакого «заслонённого» объекта не достигнет.

То, что одной электроникой не обойтись, можно было понять и до токийских экспериментов. О том, насколько сложна задача по воссозданию «цифровыми» средствами пути световых лучей на двумерном дисплее, регулярно рассказывают в компьютерных журналах разработчики игр и видеокарт. А «плащ-невидимка», в отличие от видеокарты, должен генерировать не плоское, но пространственное изображение заслоненных предметов – чтобы не возникло уже упомянутого эффекта «шага в сторону». Когда цифровой инструментарий отказывает, принято обращаться к старым, но проверенным аналоговым средствам. Ими и занялись физики.

Вклад физиков в создание невидимых оболочек

Идея первых опытов заключалась в том, чтобы подавлять рассеянный и отраженный телом свет электромагнитным полем с обратным знаком. Вспомогательное поле должна была создавать тонкая двумерная оболочка – «плазмонное покрытие». Плазмонами принято называть особый вид электромагнитных волн на поверхности металла – и, согласно расчетам, волны нужного вида можно было бы сгенерировать, например, в сверхтонкой золотой пленке с микроотверстиями, расположенными на одинаковом расстоянии друг от друга.

Перечень недостатков такой модели вышел бы довольно длинным, но начать стоит хотя бы с того, что тело под плазмонной оболочкой невидимо только в лучах строго определенного цвета. От длины световой волны зависит положение отверстий на пленке, и при смене освещения все оболочку пришлось бы переделать заново. Излишне говорить, что форма пленки подбирается для каждого тела индивидуально – и, наконец, что размеры скрываемой области, если речь идет о видимом свете, не должны превосходить нескольких микрон. Воплощением планов могла бы стать «пудра» из микроскопических частиц с золотым напылением, способная пропускать сквозь себя без сильных искажений лазерный луч. Все это, разумеется, имело к «плащам – невидимкам» весьма опосредованное отношение.

Поиски новых материалов

В конце концов, с точки зрения оптики задача о «невидимости» сводится к огибанию препятствия лучами света. Слово «огибание» рядом со словом «луч» выглядит несколько странно – из школьных учебников известно, что свет обычно распространяется по прямой. Даже преломляясь, он движется вдоль прямолинейных отрезков. Это, однако, справедливо только для однородных сред – таких как вакуум, вода или стекло. Правило перестает действовать, когда коэффициент преломления изменяется от точки к точке непрерывно. «Принцип кратчайшего расстояния» приходится заменять более универсальным принципом Ферма: путь света соответствует кратчайшему времени перемещения. За примерами нет необходимости обращаться к сложным лабораторным приборам: искривленные лучи – причина обычных миражей. Как известно, в их появлении виновен неравномерно погретый воздух: там, где температура ниже, коэффициент преломления, наоборот, выше. Сложность в том, что при всех колебаниях температуры он все равно близок к единице. Поэтому искажения минимальны, кривизна луча относительно невелика, и, чтобы над пустыней возникли дворцы и озера, свету нужно пройти многие километры.

Для «воздушных замков» лаборатории слишком малы. Замки, в свою очередь, слишком громоздки, чтобы скрывать предметы обычных размеров. В идеальной «невидимой оболочке» лучам полагается описывать дуги, радиус которых измеряется метрами или даже сантиметрами. Поэтому учёным приходится прибегать к более сильным средствам, чем просто разогретый воздух. Оптически неоднородные среды с коэффициентом преломления в десятки и сотни единиц были придуманы только недавно. Это – так называемые метаматериалы. Их создатели руководствовались тем, что свет в силу своей волновой природы сильнее всего взаимодействует с частицами, размер которых сравним с длиной волны. Вещество, как известно, состоит из атомов, эффектные радиусы которых редко превышают один-два ангстрема (одна десятимиллиардная метра). Для видимого света длины волн измеряются долями микрометра, то есть в тысячу раз больше.

Отказаться от атомов, разумеется, нельзя – все альтернативные формы материи встречаются разве что в далёком космосе. Зато атомы можно сгруппировать так, чтобы структурной основой материала стали «квазичастицы» с размерами порядка микрона. Квазичастица, кстати, не обязательно осязаема – в этой роли может выступать микроотверстие в металлической решётке или особого рода колебание кристалла.

Относительно простые – с точки зрения физики – метаматериалы встречаются и в природе. В качестве примера часто приводят опал – полудрагоценный камень, оптические свойства которого определяют микроскопические шарики кристобалита, метастабильной двуокиси кремния. Разработчики искусственных сред могут не ограничивать свою фантазию ничем - и, заменять кремнистые шарики проводящими ток металлическими контурами.

Нанотехнологи сумели добиться и того, чего ожидать от естественных минералов было бы по крайней мере странно. Самым известным результатом подобных изысканий считаются метаматериалы с отрицательным коэффициентом преломления, для которых выражения в большинстве оптических формул меняют знак. В частности такую смену знака испытывает групповая скорость волн - в привычных терминах это означает, что световой импульс движется вспять по отношению к несущему его лучу. Первой демонстрацией свойств «оптического антивещества» стали «суперлинзы», позволяющие разглядеть детали за дифракционным пределом, то есть меньше длины световой волны.

В 1980-х гг. было экспериментально установлено, что при определённых условиях между световыми волнами, направленными на границу раздела между металлом и диэлектриком, и подвижными электронами на поверхности металла возникает резонансное воздействие. Иными словами, электроны начинают колебаться в такт с колебаниями электромагнитного поля над металлом. В результате возникают поверхностные плазмоны – волны плотности электронов, которые распространяются вдоль границы раздела как рябь на поверхности пруда, потревоженной упавшим камнем. (Дело в том, что вокруг любого металла, в связи со строением кристаллической решетки, существует электронное облако или свободные электроны. )

Плазмоника – новое направление в науке

В 2000 г. энтузиасты из Калифорнийского технологического института назвали зарождающееся направление плазмоникой, понимая, что дальнейшие исследования приведут к появлению совершенно нового класса устройств. Их можно будет использовать для повышения разрешающей способности микроскопов, эффективности светодиодов и чувствительности химических и биологических детекторов. Уже рассматривается вопрос о применении плазмонного резонансного поглощения для лечения злокачественных опухолей. Теоретически плазмонные материалы могут даже изменять электромагнитные поля вокруг объекта и делать его невидимым. Кроме того, плазмоника должна пролить свет на тайны наномира.

Тысячелетиями алхимики и стеклодувы невольно использовали плазмонные эффекты, когда создавали витражи и красочные кубки, в стекле которых содержались мельчайшие металлические частицы. Самый известный пример – чаша Ликурга, римский кубок, датируемый IV в. н. э. и хранящийся сейчас в Британском музее. Из – за плазмонного возбуждения электронов в металлических частицах, содержащийся в стеклянной материи, материал кубка поглощает и рассеивает синий и зелёный свет, т. е. коротковолновую часть спектра. Если рассматривать чашу в отраженном свете, рассеивание на плазмонах придаёт ей зеленоватый оттенок, но если внутрь поместить источник белого света, стекло кажется красным, потому что пропускает только длинные световые волны и поглощает короткие.

Наоми Халас и Питер Нордлендер из Университета Райса разработали наносферы, которые состоят из тонкого слоя золота толщиной 10 нм, нанесенного на поверхность кварцевых частичек диаметром 100 нм. Облучение их электромагнитными волнами вызывает колебания электронов в золотой оболочке. Поскольку поля на её внутренней и внешней поверхности взаимодействуют, длины волн, при которых происходит резонансное поглощение энергии, зависит от размеров сферы и толщины золотого слоя. Таким образом, можно проектировать наносферы выборочного поглощения волны с длинами от нескольких сотен нанометров (синий край видимого спектра) до 10 мкм (ближняя инфракрасная область).

За последнее десятилетие исследователи пришли квыводу, что творческий подход ксозданию границы между металлом идиэлектриком позволяет получать поверхностные плазмоны стой же частотой, что ивнешние электромагнитные волны, носнамного меньшей длиной волны. Таким образом, плазмоны могут распространяться понаноскопическим межсоединениям, перенося информацию между частями микропроцессора. Плазмонные межсоединения стали бы настоящим подарком для разработчиков микросхем, которые давно научились уменьшать размеры иповышать быстродействие транзисторов, нодосих пор неизобрели электронные цепи, быстро передающие информацию внутри чипа.

На первый взгляд, металлические структуры негодятся для передачи световых сигналов из-за больших оптических потерь вметаллах. Электроны, колеблющиеся вэлектромагнитном поле, сталкиваются сатомами кристаллической решетки ибыстро рассеивают энергию поля. Нонагранице между тонкой пленкой металла идиэлектриком потери плазмонов меньше, чем втолстом металлическом слое, потому что поле распространяется понепроводящему материалу, где нет свободных электронов, которые могли бы колебаться, и, следовательно, нет никаких столкновений, рассеивающих энергию. Таким образом, плазмоны оказываются привязанными кповерхности металла, примыкающей кдиэлектрику: например, в«бутерброде» издиэлектрика иметалла поверхностные плазмоны распространяются только вплоскости раздела двух сред.

Чтобы создать плазмоны, распространяющиеся понанопроводникам, исследователи рассмотрели волноводы более сложной формы, вкоторых волна втискивается вузкое пространство, засчет чего ее длина уменьшается. Вконце 1990-х гг. команда Йоахима Кренна изГрацкого университета вАвстрии начала работу посозданию таких волноводов для поверхностных плазмонов суменьшенной длиной волны. ПрофессорКалифорнийского технологического института Штефан Майер создал структуру, состоящую излинейных цепей золотых точек диаметром менее 100нм. Луч видимого света сдлиной волны 570нм вызывал вточках резонансные колебания исоздавал поверхностные плазмоны, которые перемещались вдоль цепей, ограниченные плоской дорожкой высотой 75нм. Группа вГраце достигла похожих результатов иполучила картину плазмонов, распространяющихся поточечным цепям. Однако потери напоглощение вних оказались довольно высокими: сигнал затухал после прохождения отнескольких сотен донескольких тысяч нанометров, поэтому такие волноводы подходят только для очень коротких межсоединений.

К счастью, потери можно снизить, вывернув плазмонный волновод наизнанку иокружив диэлектрик металлом. Вполучившемся плазмонном щелевом волноводе длина волны плазмонов зависит оттолщины диэлектрика. Учёными изКалифорнийского технологического института и группой Марка Бронджерсма из Стэнфордского университета было показано, что плазмонные щелевые волноводы могут передавать сигналы надесятки микрон. Хидеки Миядзаки изяпонского Национального института материаловедения получил поразительный результат, втиснув красный свет (с длиной волны всвободном пространстве 651нм) вплазмонный щелевой волновод толщиной 3нм ишириной 55нм. Длина волны поверхностного плазмона, распространяющегося втаком устройстве, составила всего 51нм, т. е. примерно 8% отдлины волны всвободном пространстве.

Таким образом, возбуждая материалы видимым светом, можно получать сигналы вмягком рентгеновском диапазоне сдлинами волн между 10нм и100нм. Длину волны можно уменьшить более чем в10раз относительно ее величины ввакууме, ипри этом частота сигнала остается неизменной. (Произведение длины волны наее частоту остается равным скорости света всреде, поскольку электромагнитные волны, распространяющиеся вдоль границы металл—диэлектрик, замедляются. ) Поразительная способность сокращать длину волны открывает дорогу ксозданию наноскопических плазмонных структур, которые могли бы заменить чисто электронные схемы изпроводников и транзисторов.

Избирательность наносфер тут же заинтересовала медиков, превратив их в эффективное средство лечения рака. В 2004 г. Халас и ее коллега Дженифер Уэст ввели в кровоток мышей со злокачественными опухолями плазмонные частицы и обнаружили, что они не токсичны. Более того, наносферы сконцентрировались не в здоровых тканях тела грызунов, а в быстрорастущих злокачественных опухолях, к которым интенсивнее поступает кровь. Так же наносферы можно прикреплять к антителам, чтобы наверняка все они сконцентрировались именно в раковой опухоли.

К счастью, ткани живых организмов прозрачны для инфракрасного излучения в определённом диапазоне длин волн. Когда исследователи направляли свет инфракрасного лазера через кожу мышей на опухоли, резонансное поглощение энергии во внедрённых наносферах поднимало температуру злокачественных образований с 37 0С до 45 0С. Светотепловое нагревание убивало раковые клетки, оставляя окружающую здоровую ткань нетронутой.

У мышей, которых лечили наносферами, все признаки рака исчезли в течение десяти дней.

Плазмонные материалы можно использовать для увеличения яркости светодиодов до уровня яркости ламп накаливания. Ещё в 1980-х гг. исследователи обнаружили, что плазмонное усиление электрического поля на границе металл – диэлектрик повышает интенсивность излучения люминесцентных красок, расположенных вблизи поверхности металла. Позже стало очевидно, что такой тип усиления свечения под действием поля может значительно увеличить интенсивность излучения квантовых точек и квантовых ямок (миниатюрных полупроводниковых структур, которые поглощают и спускают свет) повышая таким образом эффективность и яркость твёрдотельных светодиодов. В 2004 г. в Калифорнийском технологическом институте Аксель Шерер вместе с сотрудниками японской компании Nichia продемонстрировала, что покрытие поверхности светодиода из нитрида галлия плотной сеткой плазмонных наночастиц, состоящих из серебра, золота или алюминия, приводит к увеличению интенсивности испускаемого света в 14 раз.

Плазмонные наночастицы можно использовать для создания кремневых светодиодов. Они были бы намного дешевле, чем обычные светодиоды из нитрида или арсенида галлия, но сейчас их не производят из-за низкой интенсивности излучаемого света. Из опытов вывели, что частота, на которой происходит усиленное излучение, зависит от размеров наночастиц. Согласно результатам расчетов, тщательной настройкой частоты резонанса и точным подбором расстояния между частицами металла и полупроводником можно добиться увеличения интенсивности излучения более чем в 100 раз. В результате кремневые светодиоды будут светиться так же ярко, как и традиционные.

Метаматериалы для «невидимок»

Одним из пионеров «эры метаматериалов» был лондонский профессор Джон Пендри, которому и пришла в голову идея использовать их для создания невидимых оболочек. К тому моменту, когда появилась его знаменитая статья в журнале Sciene с расчётом «плаща – невидимки», Джон Пендри уже был посвящён в рыцари за свои заслуги перед оптикой. Не исключено, что взяться за дело всерьёз ученого заставил опыт предшественников – рыцарей короля Артура, для которых невидимость была делом обыденным.

Пендри начал с уточнения геометрических характеристик будущего «плаща». Построенное им семейство траекторий огибало, не задевая, полость внутри сферического или цилиндрического слоя. По кривизне лучей было легко понять, каким коэффициентом преломления (точнее, диэлектрической или магнитной проницаемостью) должна обладать каждая точка невидимой емкости. С одной стороны, расчеты убеждали, что ничего сверхъестественного от ее материала не требуется. С другой – предъявить метаматериал с нужными свойствами никто в тот момент готов не был.

Почти одновременно с Пендри близкие результаты получил другой британский физик – теоретик, Ульф Леонгардт. Чтобы рассчитать путь лучей, он сравнил оптические формулы с уравнениями общей теории относительности (которые, в частности, описывают искривление света вблизи массивных тел). Выводы совпадали: «плащ – невидимка» возможен, но пока его не из чего изготовить.

Экспериментаторы были настроены менее пессимистично. Уже полгода спустя в университете Дюка по рецепту Пендри и Леонгардта сконструировали специальную «муфту», способную скрыть небольшой предмет от микроволн.

Как это работает?

1. Покрывающий предмет метаматериал, представляющий собой гибрид проводника и диэлектрика, действует как ускоритель для попадающих внутрь него квантов света.

2. Свет падает на оболочку из метаматериала. Но он не преломляется за пределы оболочки, а проходит внутри неё, огибая предмет, находящийся внутри, вокруг.

3. Свет покидает оболочку в том же самом направлении, словно никакого предмета не было, так что скрытый предмет остаётся невидимым.

Правда, назвать её полноценным «плащом – невидимкой» (как поспешили поступить многие СМИ) было бы всё – таки неверно. Во–первых, «невидимый» цилиндр правильно искажает только лучи, падающие перпендикулярно его оси. Во–вторых, микроволны довольно далеки от видимого спектра. А прибор, способный разве что спасти известный кухонный агрегат от взрыва заключённого в ней яйца, с практической точки зрения не слишком ценен.

Кроме того, скептики сразу же нашли у прибора и фундаментальные недостатки. Как бы тщательно ни были подобранны его параметры, свет будет распространяться по изогнутым траекториям в среде медленнее, чем вдоль прямых в вакууме. А это значит, что заметить «невидимый» предмет можно будет по запаздыванию сигнала – интерферометры позволяют его измерить, даже если речь идет о многомиллиардных долях секунды.

Впрочем, осторожные критики тут же поясняют, что демонстрирующий сигнал должен быть довольно сложным – например, фемтосекундной лазерной вспышкой. В противном случае правильный выбор метаматериала позволит выровнять эффективные скорости света в теле и вне его. Известно, например, что за счёт манипуляции групповой скорости волн пик интенсивности сигнала может обогнать свет в вакууме – хотя это на первый взгляд, и противоречит теории относительности, где скорость света объявляется максимальной для любых взаимодействий. Противоречие исчезает, если понять, что пик интенсивности, во-первых, не материальное тело, а во-вторых, не может нести никакого сигнала.

Другие претензии к методу менее наглядны, но более серьёзны с практической точки зрения. Как известно, коэффициент преломления любого вещества меняется вместе с длинной волны. Оптики называют это явление «дисперсией» и прикладывают довольно много усилий, чтобы хотя бы у линз обычных приборов оно не проявлялось слишком сильно. Нет поводов думать, что изготовить метаматериал проще, чем качественное оптическое стекло. А это значит, что все свойства «плаща – невидимки», рассчитанные для лучей одного цвета, не обязательно сохранятся для всего остального спектра. И, конечно, «оптически невидимый» предмет будет почти наверняка замечен радарами.

Помимо этого модель британских физиков предполагает, что преломляться должным образом будет только свет от внешнего источника. Лучи, испущенные изнутри, могут вести себя как угодно. Иными словами, пилотам невидимых самолётов, чтобы не быть замеченными, придётся жить в темноте и передвигаться на ощупь. Вряд ли военные мечтали об этом.

Надо полагать, рано или поздно способы справиться со всем перечисленным выше будут найдены – в это заставляет верить скорость, с которой физики совершенствуют свои результаты.

Скорость развития:

189719681987
В своём романе «Человек – невидимка» Герберд Уэлс дал жизнь идее, тогда ещё фантастической, о научном подходе к тому, как стать невидимым. Главный герой романа обращается к отбеливателям и таинственным лучам. Советский физик – теоретик Виктор Веселаго предсказывает возможность создания метематериалов, которые бы ускорили кванты света. И это за 30 лет до того, как впервые в лаборатории было получено подобное вещество. В фильме «Хищник» инопланетянин оснащён невидимым камуфляжем. Случайно ли? По мнению физика Девида Смита представленное явление довольно реалистично.
200020032005
Смит с коллегами из университета Дюка смог создать первые образцы метеаматериала в виде пучка металлических проводков, способных к преломлению микроволн. Инженер Сузуму Тачи из Токийского университета продемонстрировал научной общественности шапку – невидимку. Вместо того чтобы преломлять свет, он проецирует изображение заднего фона на переднюю часть области света, субъекта. Британские и российские исследователи нанесли золотые частички цилиндрической формы на образованную метаматериалом поверхность, что сделало этот метаматериал эффективным для близкой к видимому диапазону.

Мысли о «плаше-невидимке» посещала пытливые умы физиков, биологов, химиков, техников и фантастов с давних времён. Ученые и изобретатели пришли к выводу, что создание «плаша-невидимки» - это реальность, достаточно только найти такой материал, который бы мог заставить лучи света огибать предмет, спрятанный под этим материалом. Однако, на тот момент предъявить метаматериал с нужными свойствами никто готов не был. Было множество попыток создания «плаща-невидимки» на основе законов химии, биологии и новшеств компьютерной техники, но все они оказались неудачными. Создание материала, обладающего необходимыми оптическими свойствами, а следовательно, и «плаща-невидимки» стало возможным лишь с появлением такой науки, как плазмоника. Было установлено, что при определённых условиях между световыми волнами, направленными на границу раздела между металлом и диэлектриком, и подвижными электронами на поверхности металла возникает резонансное воздействие. В результате чего возникают поверхностные плазмоны, которые и являются причиной удивительных оптических свойств некоторых материалов. Материал с необходимыми оптическими свойствами был назван метаматериалом. Теория поверхностных плазмонов нашла практическое применение не только в разработке «плаща-невидимки», но и в создании люминесцентных покрытий, суперлинз, позволяющих рассмотреть предмет, размеры которого меньше длинны световой волны, увеличении интенсивности испускаемого света простых светодиодов, лечении рака без хирургического вмешательства. Плазмоника как наука развивается с очень высокой скоростью, и, возможно, в недалёком будущем мы будем свидетелями более широкого применения теории поверхностных плазмонов в быту, науке, технике и ученые, наконец, создадут эффективный «плащ-невидимку».

Комментарии


Войти или Зарегистрироваться (чтобы оставлять отзывы)