Техника - молодёжи 2009-06, страница 16
Горизонты науки и техники
ИЛ лт ИЛ лт Композитный материал с золотыми наноиголками и на площади всего лишь несколько сотых долей миллиметра. Можно, конечно, сказать: «Зачем тут и огород городить, если столь крошечный объект и сам по себе можно различить лишь при помощи сильного микроскопа». Однако профессор и его коллеги довольны уже и этим, поскольку их экспериментальная установка позволила им понять: они на правильном пути, их идеи и расчёты правильны. Концепция, благодаря которой они сделали своё изобретение, вообще-то известна всем иллюзионистам. Когда они хотят сделать что-то невидимым на сцсне, то прячут человека или иной объект за зеркала, которые так хитро отражают окружающую обстановку, что кажется: никаких зеркал тут вовсе нет. «Наша задача состояла в том, чтобы заставить свет обогнуть объект примерно так же, как вода в ручье огибает камень, - пояснил профессор Дэвис. -А коль от объекта не будет отражённых лучей, формирующих его изображение в глазу, то нам и будет казаться, будто объект стал невидимым». На практике эту идею осуществили так. Вместо зеркал использовали несколько коннентрических колец, расположенных на золотой подложке. А сами кольца сделаны из поли-мети л мета кр ил ата, или, говоря проще, обычного органического стекла. Если посмотреть на эту конструкцию сверху в микроскоп, она напоминает многорядную дорожную развязку. Только в данном случае объект, расположенный в центре подложки, обтекают не автомобили, а световые лучи, изгибаемые прозрачным акриловым стеклом. Дело в том, что если лазерный луч определённой частоты падает на золотую фольгу строго под расчётным углом, то он как бы попадает в ловушку на поверхности тонкой пленки. «Свет распространяется по золотой подложке, а когда достигает акриловых колец, те направляют его по кругу, в обход центра, - продолжат профессор. - Таким образом, в самом центре образуе тся как бы «островок невидимости». На противоположной же стороне, за островком, свет продолжает двигаться по золотой плёнке в прежнем направлении. А поскольку мы привыкли считать, что свет, а тем более луч лазера, распространяется строго по прямой, то возникает обман зрения — объекта в центре глаз не видит. А разглядит лишь то, что находится уже позади него. fipomomwi iMauae&a Исследователей из университета Мериленда, в свою очередь, «подпирают» физики из университета Пер-дью в Уэст-Лафейетте (штат Индиана). Они уже сконструировали прообраз «шапки-невидимки», способной укрыть от нежелательного взора любой объект. К сожалению, тоже пока не для всех длин волн. Во главе этой группы стоит работающий в США российский физик Владимир Шалаев. «Уже создана математическая модель нашей конструкции, — пояснил учёный, — основанная на численном решении уравнений Максвелла, описывающих распространение электромагнитного излучения». Своим происхождением эффект опять-таки обязан электромагнитным характеристикам материала, из которого изготовлена «шапка-невидимка», точнее говоря, их постепенному изменению в пределах «шапки». При нужном распределении этих характеристик свет начинает плавно «обтекать» и «шапку», и накрытый ею объект, а наблюдатель получает возможность без всяких искажений видеть то, что ранее скрывалось в тени этого объекта. Однако пока даже в теории подобное возможно лишь для отдельных длин волн видимого диапазона. Удастся ли сделать «шапку-невидимку» универсальной, то есть «всеволновой», остаётся пока неизвестным. Но работы идут. Первый прототип «шапки-невидимки» XXI в., по словам Шалаева, будет представлять собой полый стеклянный цилиндр с толстыми стенками. Внутри них, перпендикулярно к вертикальной оси цилиндра, размещены крохотные наноигодки из золота или серебра. Именно их размер и определяет, на какой длине волны будет работать устройство. Благодаря «иголкам», показатель преломления меняется в этой системе от нуля на внутренней поверхности цилиндра до единицы на его внешней поверхности, совпадая здесь со значением этого показателя у воздуха. В результате свет плавно «обтекает» цилиндр, не испытывая рассеивания или отраже- «Обычная» и отрицательная рефракция ния и не проникая во внутреннюю по-лостьконструкции. Первые математические расчёты, предсказавшие феномен, были выполнены в Великобритании в 2006 г., и в том же году, но уже в США, группа ученых из университета Дыока (штат Северная Каролина) экспериментально подтвердила справедливость расчётов: созданная ими конструкция делала объект недетектируемым в микроволновом диапазоне электромагнитного излучения. Но подход принципиально не годился для видимого диапазона. Это подтолкнуло группу Шалаева к собственным исследованиям. Как напомнил Шалаев, видимый свет представляет собой «смесь» лучей синего, зелёного, красного и других цветов радуги. Изменяя размеры нано-иголок, объяснил он, можно создать «шапку-невидимку» для любого из этих диапазонов, но не для всех сразу. И на данный момент никто не знает, как решить эту проблему и изготовить «шапку-невидимку» для дневного света. Здесь затрат иваются достаточно фундаментальные ограничения, но Шалаев уверен, что их можно преодолеть, и учёные над этим работают. Как видите, исследования ведутся наперегонки, И многие их участники не скупятся на щедрые посулы и авансы. Например, сотрудники того же университета Дьюка собираются вскоре продемонстрировать покрытие, которое сделает невидимкой целую атомную субмарину! Такая лодка сможет действовать практически безнаказанно: для её обнаружения придётся разрабатывать устройства, использующие иные физические принципы, либо глубоко модернизировать существующие сонары. Воистину, не зря говорится: история имеет свойство повторяться. Несколько лет назад было немало шума в прессе по поводу того, что знаменитая Материал 1 V Отрицательная рефракция Материал 2 Диапазон, в котором находятся углы «обычной» рефракции 14 |
|||||||||||||||
