Шапка-невидимка: из сказок в реальность

Изготовлено устройство, которое работает как миниатюрная шапка-невидимка в оптическом диапазоне — правда, пока только на одной длине волны и лишь для «плоского света», да и сама «шапка» остается полупрозрачной.
На верхней фотографии показано, как выглядит плоская шапка-невидимка при освещении сверху обычным светом (на врезке — изображение, полученное в атомно-силовом микроскопе). Она представляет собой структуру из тонких концентрических колец полиметилметакрилата (это вещество, из которого делают оргстекло), нанесенных на золотую подложку. Эта структура простирается от радиуса r1 до радиуса r2, а объект, который требуется спрятать (в данном случае, маленькое широкое колечко), находится внутри радиуса r1.
На нижнем фото показано, как та же система выглядит при освещении плазмонными лучами, порожденными зеленым светом с длиной волны 532 нм. Направление их движения показано стрелкой — из нижнего левого угла в правый верхний. Фотография же сделана при взгляде на эту плоскость сверху через обычный оптический микроскоп, и видны на ней не плазмонные лучи, а обычное оптическое свечение из тех мест, где они рассеиваются на препятствиях.
На верхней фотографии показано, как выглядит плоская шапка-невидимка при освещении сверху обычным светом (на врезке — изображение, полученное в атомно-силовом микроскопе). Она представляет собой структуру из тонких концентрических колец полиметилметакрилата (это вещество, из которого делают оргстекло), нанесенных на золотую подложку. Эта структура простирается от радиуса r1 до радиуса r2, а объект, который требуется спрятать (в данном случае, маленькое широкое колечко), находится внутри радиуса r1.
На нижнем фото показано, как та же система выглядит при освещении плазмонными лучами, порожденными зеленым светом с длиной волны 532 нм. Направление их движения показано стрелкой — из нижнего левого угла в правый верхний. Фотография же сделана при взгляде на эту плоскость сверху через обычный оптический микроскоп, и видны на ней не плазмонные лучи, а обычное оптическое свечение из тех мест, где они рассеиваются на препятствиях.
В последние год-два в научных статьях стала активно обсуждаться возможность создания устройства, которое делало бы предметы невидимыми для постороннего глаза — то есть «шапки-невидимки» в буквальном смысле слова. В идеале, такое устройство должно скрывать от постороннего наблюдателя и себя, и помещенный внутрь объект.

Наблюдатель не должен ничего заметить, с какой бы стороны он ни посмотрел и каким бы светом ни освещал «шапку». Несмотря на то, что теоретических препятствий для создания такого устройства не видно, осуществить это на практике очень непросто.

Шапка-невидимка должна заставить свет как бы «обтекать» спрятанный предмет, а такое управление световыми волнами возможно только при очень необычных электрических и магнитных свойствах среды. Ни у одного из встречающихся в природе веществ таких свойств нет, и поэтому их приходится изготавливать искусственно.

Такие среды — а точнее, сложные периодические конструкции, названные метаматериалами — начали создавать только в конце 1990-х годов. Бурный прогресс в этой области привел к тому, что год назад ученым удалось-таки создать плащ-невидимку, правда только для микроволнового излучения, длина волны которого во много раз больше, чем у видимого света.

Уменьшение длины волны света, для которого «работает» устройство, оказалось непростым делом. В принципе, уже созданы метаматериалы, работающие в ближнем инфракрасном диапазоне, но они, к сожалению, слишком сильно поглощают свет и поэтому совсем не годятся для шапки-невидимки. Избежать этого можно с помощью сложной «настройки» магнитных свойств метаматериала, но в оптическом диапазоне это сделать очень трудно. Поэтому несколько месяцев назад Владимир Шалаев и его коллеги из Университета Пердью в США предложили для начала создать некую «упрощенную версию» шапки-невидимки, магнитные свойства которой вообще не требовалось настраивать.

Эта упрощенная шапка-невидимка двумерна, и прозрачна она должна быть не для настоящего света, а для потока поверхностных плазмонов, и причем только одной определенной длины волны. Плазмоны — это электромагнитные колебания плюс колебания электронов на поверхности металла, связанные друг с другом в единое целое и бегущие вдоль поверхности металла. Поток плазмонов еще иногда называют двумерным светом — это не совсем свет, но он похож на него; а при необходимости его можно порождать светом и превращать в свет той же частоты.

Сама концентрическая структура (то есть шапка-невидимка) на этом фото заметна хорошо, но то, что в ней спрятано, почти не видно. Это значит, что плазмонные лучи рассеиваются на шапке, но не рассеиваются на объекте внутри нее. Более детальное исследование показало, что плазмонные лучи действительно расходятся, обтекая спрятанный внутри объект, а потом снова соединяются и идут вперед как ни в чём не бывало.
Сама концентрическая структура (то есть шапка-невидимка) на этом фото заметна хорошо, но то, что в ней спрятано, почти не видно. Это значит, что плазмонные лучи рассеиваются на шапке, но не рассеиваются на объекте внутри нее. Более детальное исследование показало, что плазмонные лучи действительно расходятся, обтекая спрятанный внутри объект, а потом снова соединяются и идут вперед как ни в чём не бывало.
Не прошло и полугода, как эта идея была реализована в эксперименте. В трехстраничном кратком сообщении Игоря Смолянинова (Igor Smolyaninov) и его коллег из Мэрилендского университета (Колледж-Парк, США), появившемся на днях в архиве препринтов, сообщается о создании и успешном испытании устройства размером в несколько микрон, внутри которого удалось спрятать от «посторонних глаз» (а точнее, от «плазмонных лучей») маленькое колечко.

Если бы мы могли видеть в плазмонных лучах, то, взглянув на эту картину из правого верхнего угла плоскости, на месте шапки увидели бы лишь едва заметное прозрачное пятно.

Повторим, что достигнутый результат пока очень далек от идеальной шапки-невидимки. Во-первых, относительная невидимость достигается только при освещении светом с определенной длиной волны. Достаточно изменить частоту световой волны — и невидимость пропадает.

Во-вторых, речь в этой работе идет всё же не о настоящем свете, а о потоке плазмонов, управлять которыми проще, чем светом. Именно с точки зрения плазмонов изготовленная концентрическая структура обладает столь необычными свойствами, что заставляет их как бы обтекать ее по бокам, не попадая внутрь. Обычный свет на этой «нарезке из оргстекла» просто рассеивался бы в разные стороны.

Наконец, даже в плазмонных лучах эта шапка всё еще не полностью прозрачна, а рассеивает на себе часть лучей.

Тем не менее, даже такая не совсем настоящая шапка-невидимка — очень важный шаг на пути к оттачиванию оптических технологий, основанных на метаматериалах. Этот эксперимент доказывает, что и в оптическом диапазоне можно приготовить такую структуру, которая будет заставлять лучи, пусть и плазмонные, огибать предмет. Он подтверждает правдоподобность теоретических выкладок, а значит, внушает оптимизм в дальнейшем прогрессе в этой области.

   
автор: Игорь Иванов
Кроме того...
HypoSurface показывает на стене объёмное движение
Стена зашевелилась? Она подаёт вам знаки? Ещё и брыкается? Не расстраивайтесь и не спешите звонить в...
Новое полимерное покрытие убивает бактерии
Профессор Марек Урбан и его коллеги из колледжа полимеров и высокоэффективных материалов университета Южного...
Десять самых смертельно опасных животных
Москит, Австралийская медуза, Азиатская кобра, Африканский лев, Слон, Большая белая акула, Австралийский...
  • Текущие обсуждения статей
Бионическая рука-протез
Телепортация - фантастика или реальность?
Ученые вывели формулу удачи
Смех не лечит раковых больных
Приливы и отливы вызывают сейсмические колебания
Нью-Йорк и Лос-Анджелес уйдут под воду к 2015-му году
Посмотреть весь форум

  • поиск статей на сайте
Введите фразу, слово или часть слова
Темы этого номера
Шапка-невидимка: из сказок в реальность
Шапка-невидимка: из сказок в реальность Шапка-невидимка: из сказок в реальность
Изготовлено устройство, которое работает как миниатюрная шапка-невидимка в оптическом диапазоне — правда, пока только на одной длине волны и лишь для «плоского света», да и сама «шапка» остается полупрозрачной
Австрийцы соединили два стакана водяным мостиком
Австрийцы соединили два стакана водяным мостиком Австрийцы соединили два стакана водяным мостиком
Под воздействием постоянного тока между двумя соседними стаканами, наполненными водой, возникает довольно устойчивый водяной мостик длиной до двух с половиной сантиметров
Энергию толпы можно использовать
Энергию толпы можно использовать Энергию толпы можно использовать
Студенты Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology), США, Джеймс Грахам (James Graham) и Тадеуш Юсчик (Thaddeus Jusczyk) разработали новую технологию
Ферменты вместо чернил
Ферменты вместо чернил Ферменты вместо чернил
Ученые университета Северной Каролины, работающие под руководством Эрика Туна (Eric J. Toone) и Роберта Кларка (Robert L. Clark)
CD-привод как биохимический анализатор
CD-привод как биохимический анализатор CD-привод как биохимический анализатор
Специалисты из испанского института прикладной молекулярной химии (Institute of Applied Molecular Chemistry)
Портативный релаксатор, измеряющий уровень стрессового состояния человека
Портативный релаксатор, измеряющий уровень стрессового состояния человека Портативный релаксатор, измеряющий уровень стрессового состояния человека
Создан портативный релаксатор, который измеряет уровень стрессового состояния человека и помогает побороть его при помощи расслабляющих игр
Создана программа, подверженная оптическим иллюзиям
Создана программа, подверженная оптическим иллюзиям Создана программа, подверженная оптическим иллюзиям
Фон изображения влияет на восприятие человеком его цвета. Так, одинаковые оттенки серого в различном цветовом окружении воспринимаются по-разному
Создан робот для уборки осенних листьев из водостока
Создан робот для уборки осенних листьев из водостока Создан робот для уборки осенних листьев из водостока
Американская корпорация iRobot выпустила робота Looj, который выполняет всего одну специфическую задачу, зато выполняет хорошо. Он чистит водосточные желоба, что идут вдоль крыши дома
Астероид "Апофиз" угрожает Земле
Астероид "Апофиз" угрожает Земле  Астероид
Астероид "Апофиз" вполне может устроить "Армагеддон" - и не только в Голливуде. По прогнозам ученых, это произойдет в 2029 году
Астрономы нашли "зародыши" планет
Астрономы нашли "зародыши" планет Астрономы нашли
Исследовательский коллектив под руководством Элис Квиллин (Alice Quillen) восстановил недостающее звено в теории эволюции планет, разработав метод поиска "зародышей" планет и применив его на практике
Будущие космические корабли НАСА будут работать на ядерном топливе
Будущие космические корабли НАСА будут работать на ядерном топливе Будущие космические корабли НАСА будут работать на ядерном топливе
По словам инженеров НАСА, будущие космические миссии должны отвечать двум критически важным требованиям, во-первых
Отчего у некоторых людей ноги во сне подёргиваются?
Отчего у некоторых людей ноги во сне подёргиваются? Отчего у некоторых людей ноги во сне подёргиваются?
Установлено, что непроизвольные движения ног во время сна обусловлены генетическими нарушениями, вызывающими снижение содержания железа в организме человека
Культивирование волосковых клеток поможет решить проблему глухоты
Культивирование волосковых клеток поможет решить проблему глухоты Культивирование волосковых клеток поможет решить проблему глухоты
Культивирование волосковых клеток внутреннего уха в лабораторных условиях позволит решить проблему потери слуха различного происхождения
Болезни сердца активизируют защиту организма
Болезни сердца активизируют защиту организма Болезни сердца активизируют защиту организма
Болезни сердца наносят организму не только вред, но и активизируют защитные ресурсы, утверждают медики Бристольского Университета (Bristol University)
Больным анорексией еда кажется безвкусной
Больным анорексией еда кажется безвкусной Больным анорексией еда кажется безвкусной
Анжела Вагнер (Angela Wagner) из школы медицины университета Питтсбурга (University of Pittsburgh) и Уолтер Кайе (Walter Kaye)
Неандертальцы побывали в Сибири
Неандертальцы побывали в Сибири Неандертальцы побывали в Сибири
Территория, на которой обитали неандертальцы, была значительно шире, чем предполагалось раньше
Обнаружено рисовое поле каменного века
Обнаружено рисовое поле каменного века Обнаружено рисовое поле каменного века
Исследователи из коллектива под руководством Чен Цзуна (Cheng Zong), доктора биологии из университета Дарема (Durham University), сообщили об открытии самого древнего рисового поля
В Перу обнаружили малоизвестное племя
В Перу обнаружили малоизвестное племя В Перу обнаружили малоизвестное племя
Борцы за сохранение окружающей среды сфотографировали в районе Амазонки в Перу малоизвестное кочующее племя
Великобритания не может оправиться от кислотных дождей
Великобритания не может оправиться от кислотных дождей Великобритания не может оправиться от кислотных дождей
Недавние исследования показывают, что горные районы Великобритании до сих пор не могут полностью восстановиться после кислотных дождей 1970-х и 1980-х годов
Термометр
Термометр Термометр
До изобретения такого обыденного и простого для нашей повседневной жизни измерительного прибора как термометр о тепловом состоянии люди могли судить только по своим непосредственным ощущениям: тепло или прохладно
Комбайн развлечений для одномерных людей
Комбайн развлечений для одномерных людей Комбайн развлечений для одномерных людей
Все чаще технические новинки удовлетворяют не столько реальные потребности, сколько специально культивируемые

 
  • Главные темы / архив
№082текущий номер Технологии
Биоклиматическое здание
    

    

    

    

    

 
  • Человек
  • Планета Земля
  • История изобретений
  • ТермометрТермометр
    До изобретения такого обыденного и простого для нашей повседневной жизни измерительного прибора как термометр о тепловом состоянии люди могли судить только по своим непосредственным ощущениям: тепло или прохладно
  • Чёрный ящик
  • Воля случая
  • Технологии
  • Шапка-невидимка: из сказок в реальностьШапка-невидимка: из сказок в реальность
    Изготовлено устройство, которое работает как миниатюрная шапка-невидимка в оптическом диапазоне — правда, пока только на одной длине волны и лишь для «плоского света», да и сама «шапка» остается полупрозрачной
  • Австрийцы соединили два стакана водяным мостикомАвстрийцы соединили два стакана водяным мостиком
    Под воздействием постоянного тока между двумя соседними стаканами, наполненными водой, возникает довольно устойчивый водяной мостик длиной до двух с половиной сантиметров
  • Энергию толпы можно использоватьЭнергию толпы можно использовать
    Студенты Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology), США, Джеймс Грахам (James Graham) и Тадеуш Юсчик (Thaddeus Jusczyk) разработали новую технологию
  • Ферменты вместо чернилФерменты вместо чернил
    Ученые университета Северной Каролины, работающие под руководством Эрика Туна (Eric J. Toone) и Роберта Кларка (Robert L. Clark)
  • Техника
  • Космос
038