Ученый смог улучшить плащ-невидимку

Новые результаты могут быть важным этапом в преобразовании, управлении или передаче света или других волн

Первое функциональное устройство «невидимости», о создании которого объявили инженеры-электрики из Университета Дьюка в 2006 году, работало как некое колдовство, но все же было далеко не идеальным. Недавно один из сотрудников этой лаборатории разработал новый дизайн, который, с одной стороны, берет основную идею оригинального устройства, с другой стороны – это совершенно новое изобретение.

Новые результаты могут быть важным этапом в преобразовании, управлении или передаче света или других волн. Так же, как традиционные старые провода уступили место волоконной оптике, новый метаматериал имеет шанс революционизировать процесс передачи света и волн.

Поскольку цель такого типа исследования вовлекает манипуляцию над светом, появляется новая область трансформационной оптики. Результаты экспериментов ученых из Дьюка были изданы в ноябрьском номере журнала Nature Materials.

У команды Дьюка уже имеется довольно обширный опыт в создании «метаматериалов»: это произведенные человеком объекты, которые имеют свойства, часто отсутствующие в естественных условиях. Структуры, включающие метаматериалы, разрабатываются, чтобы проводить электромагнитные волны вокруг объекта, а затем заставить их появиться с другой стороны, как будто они прошли через пустоту, таким образом скрывая объект.

Натан Лэнди со своим устройством невидимости. Фото с сайта duke.edu

«Чтобы создать настоящий плащ-невидимку, нужно проделать большую предварительную работу. Необходимо изготовить сложнейшие метаматериалы, которые будут использоваться для правильного функционирования устройства», – говорит аспирант Натан Лэнди, работающий в лаборатории старшего исследователя Дэвида Р. Смита, эксперта в области электротехники и вычислительной техники.

«Была одна проблема, о которой мы знали заранее, – потеря волн из-за отражений на границах устройства, – говорит Лэнди, поясняя, что это похоже на то, как ведут себя отражения на абсолютно прозрачном стекле. Зритель очень хорошо видит через стекло, но одновременно он знает, что стекло можно увидеть из-за света, отраженного от поверхности стакана. – Так как цель состояла в том, чтобы продемонстрировать основные принципы состояния невидимости, мы не волновались из-за этих отражений».

Лэнди удалось снизить эффект возникновения отражений при помощи стратегии различных уловок. Первый экземпляр оригинального плаща-невидимки состоял из параллельных и пересекающихся полос стекловолокна, запечатленного с медью. Последний плащ Лэнди использовал подобный дизайн, но с добавлением медных полос, чтобы создать более сложный материал, который лучше выполняет свои функции. Полосы устройства формируют плоский квадрат площадью 61 сантиметр ромбовидной формы с пустым центром.

Когда любой тип волны (например, свет) ударяет в поверхность устройства, он может быть или отражен, или поглощен, или и то, и другое.

«Плащ» был разделен на четыре сектора. Лэнди объяснил, что «отражения», зарегистрированные при использовании более ранних «плащей», появлялись вдоль краев и углов пространства в пределах и вокруг метаматериала.

«Каждый сектор «плаща» имел пустоты или «слепые пятна» в их пересечениях и углах секторов друг с другом, – говорит Лэнди. – После долгих вычислений мы решили, что сможем это исправить, перемещая каждую полосу так, чтобы она встретила свое зеркальное отображение на каждой границе сектора».

«Мы соорудили «плащ», и он работал, – говорит исследователь. – Устройство раскололо свет на две волны, которые проскользнули через объект в центре и повторно появились в качестве единственной волны с минимальной потерей из-за отражений».

Лэнди говорит, что у этого подхода может быть больше применений, чем использование его в устройстве невидимости. Например, метаматериалы могут «сглаживать» изгибы и повороты в волоконной оптике, заставляя их казаться более прямыми. Это важно, говорит Лэнди, потому что каждый изгиб истончает волну.

Исследователи теперь работают над тем, чтобы применить принципы, изученные в последних экспериментах, к трем измерениям, что намного серьезнее, чем создание двумерного устройства.