Технологии завтрошнего дня

Научная общественность уже не раз сообщала миру о создании «плаща-невидимки», который мог бы, как шапка волшебника Черномора в поэме «Руслан и Людмила», делать объект невидимым, но на поверку речь шла об «игре в прятки» в инфракрасном диапазоне. Свет этих длин волн представляет собой тепловое излучение и не виден человеческому глазу. Создание «плаща-невидимки» для видимого диапазона куда сложнее из-за требований, налагаемых на физические свойства материала, из которого он должен быть сделан. Однако ученым из Университета Калифорнии в Беркли (США) удалось разрешить эту проблему.

В журнале Nano Letters они сообщили о создании защитного покрытия, способного делать объекты невидимыми во всем диапазоне длин волн видимого света.

Предыдущие попытки создания «невидимости» использовали в основном метаматериалы на основе металлов (метаматериалы – это композиционные материалы, свойства которых определяются не составом, а микроструктурой). Однако такой состав оказался неприемлемым при приближении к видимому диапазону длин волн, поэтому, как пояснила «Газете.Ru» специалист по метаматериалам, профессор Мичиганского университета Елена Семушкина, ряд групп обратились к созданию диэлектрических «плащей-невидимок». Они не имеют проводящих свойств металлов и больше похожи на стекло.

Позднее специалисты из Бирмингема предложили использовать для создания «плащей-невидимок» материалы из так называемых одноосных кристаллов. Для таких кристаллов характерно двойное лучепреломление при всех направлениях падающего на них света, кроме одного (это направление называется оптической осью кристалла). Материалы на одноосных кристаллах позволяли «прятать» микрообъекты от видимого света, однако лишь в случае его особой поляризации.

Усовершенствование этой технологии позволило эффективно скрывать относительно большие объекты (размером около 300 нм на 6 мкм) под отражающим «защитным покрытием».

«Плащ-невидимка» представляет собой гладкое оптическое зеркало, которое скрывает объект в видимом диапазоне длин волн.

«Наше защитное покрытие работает следующим образом: вы прячете объект под особым материалом, который внешне выглядит как обычное зеркало – сквозь него не видно объекта, находящегося внизу. Внешний наблюдатель и не предполагает, что под зеркалом что-то находится», – объясняет PhysOrg профессор Сян Чжан, под руководством которого выполнялась работа.

a) Картина нормального отражения света от объекта; b) при наличии "плаща-невидимки" свет отражается так, как будто под ним нет предмета//Majid Gharghi, et al. ©2011 American Chemical Society

Чтобы заставить видимый свет «обойти» спрятанный объект, исследователи изобрели материалы с переменным показателем преломления – это метаматериалы, несуществующие в природе.

Для этого волновод из нитрида кремния поместили на прозрачную нанопористую подложку оксида кремния, которая имела меньший показатель преломления, чем волновод.

С помощью нанесения наноразмерных отверстий в нитридном слое исследователям удалось придать композитному материалу свойства «плаща-невидимки».

«Это первый пример «шапки-невидимки», действительно работающей в видимом диапазоне длин волн.

Недавние примеры, также работавшие с видимым светом, ограничивались светом особой поляризации, наш метод не требует этого», – подчеркнул Чжан.

Кроме красивого эффекта «невидимости» разработанная технология двигает вперед новую область – применение оптически непостоянных структур в диапазоне видимого света. Использование такой оптики позволяет исследователям «работать» со светом для усовершенствования, например, мощных микроскопов и компьютеров.