"Көрүнбөс капкактар" дагы эле көрүнбөйт

"Көрүнбөс капкактар" сериясынын эң акыркысы - бул Рочестер университетинин (1) бири, ал тиешелүү оптикалык системаны колдонот. Бирок, скептиктер муну кандайдыр бир иллюзионисттик трюк же атайын эффект деп аташат, мында акылдуу линза системасы жарыкты сындырып, байкоочунун көрүнүшүн алдап кетет.

Мунун артында абдан өнүккөн математика бар — илимпоздор аны эки линзаны кантип тууралоо керектигин аныктоо үчүн колдонушат, ошондо жарык алардын артындагы объектти жашыра тургандай кылып сынат. Бул чечим линзаларды түздөн-түз карап жатканда гана иштебейт - 15 градус же башка бурч жетиштүү.

1. Рочестер университетинин “Көрүнбөстүктүн капкагы”.

Аны унааларда күзгүдөгү сокур тактарды жок кылуу үчүн же операциялык бөлмөлөрдө хирургдарга колдорун көрүүгө мүмкүнчүлүк берүү менен колдонсо болот. Бул тууралуу дагы бир узакка созулган ачылыштар көрүнбөгөн технологияакыркы жылдарда бизге келгендер.

2012-жылы биз Американын Дьюк университетинен "Көрүнбөстүктүн капкагы" жөнүндө укканбыз. Микротолкундуу спектрдин кичинекей фрагментиндеги кичинекей цилиндрдин көрүнбөгөндүгү жөнүндө болгонун эң кызыкдар гана окуду. Бир жыл мурун, Дюк чиновниктери кээ бир чөйрөлөрдө келечектүү көрүнүшү мүмкүн болгон сонар үчүн жашыруун технологияны билдиришкен.

Тилекке каршы, ал жөнүндө болду көрүнбөгөндүк гана белгилүү бир көз карашта жана тар чөйрөдө, бул технологияны аз колдонууга кылган. 2013-жылы Дьюктун талыкпаган инженерлери структурасындагы микро тешиктери менен ичине жайгаштырылган объектти маска кылган 3D-басма аппаратты сунушташкан (2). Бирок, дагы бир жолу, бул чектелген толкун узундугу диапазонунда жана белгилүү бир көз карашта гана болгон.

Интернетте жарыяланган сүрөттөрдө 2012-жылы Quantum Stealth (3) деген интригалуу аталыш менен жарнамаланган канадалык Hyperstealth компаниясынын капасы келечектүү көрүнгөн. Тилекке каршы, жумушчу прототиптер эч качан көрсөтүлгөн эмес жана ал кантип иштегени эч качан түшүндүрүлгөн эмес. Компания мунун себеби катары коопсуздук маселелерин атаган жана сырдуу түрдө бул продукциянын жашыруун версияларын аскерлер үчүн даярдап жатканын билдирүүдө.

Алдыңкы монитор, арткы камера

Биринчи заманбапкөрүнбөгөн капкак» Он жыл мурда япон инженери проф. Токио университетинен Сусуму Тачи. Ал пальто кийген адамдын артына орнотулган камераны колдонгон, ал дагы монитор катары кызмат кылган. Ага арткы камерадан тартылган сүрөт тартылган. Плащчан адам «көзгө көрүнбөгөн» экен. Ушундай эле трюк BAE Systems (4) тарабынан мурунку он жылдыкта киргизилген согуштук унааларды камуфляждоо үчүн Adaptiv аппаратында колдонулат.

Ал танктын курал-жарактарына "артынан" инфракызыл сүрөттү көрсөтөт. Мындай машине жөн эле көрүү аппараттарында көрүүгө мүмкүн эмес. Объекттерди маскалоо идеясы 2006-жылы пайда болгон. Лондон Императордук Колледжинен Жон Пендри жана Дьюк университетинен Дэвид Шуриг менен Дэвид Смит Science журналында "трансформациялык оптика" теориясын жарыялашты жана анын микротолкундарда (көзгө көрүнгөн жарыкка караганда узунураак толкун узундуктары) кантип иштээрин көрсөтүштү.

2. Үч өлчөмдүү басылган “Көрүнбөс шляпа”.

Тиешелүү метаматериалдардын жардамы менен электромагниттик толкун курчап турган объектти айланып өтүп, учурдагы жолуна кайтып келгидей кылып ийилиши мүмкүн. Ортонун жалпы оптикалык реакциясын мүнөздөгөн параметр сынуу көрсөткүчү болуп саналат, ал берилген чөйрөдө вакуумдагы жарыкка караганда канча эсе жайыраак кыймылдаарын аныктайт. Салыштырмалуу электрдик жана магниттик өткөрүмдүүлүктүн көбөйтүлүшүнүн тамыры катары эсептейбиз.

салыштырмалуу электр өткөргүчтүгү; берилген заттагы электрдик өз ара аракеттенүү күчү вакуумдагы өз ара аракеттенүү күчүнөн канча эсе аз экенин аныктайт. Демек, бул заттын ичиндеги электрдик заряддардын тышкы электр талаасына канчалык күчтүү жооп берерин өлчөө. Көпчүлүк заттар оң диэлектрдик өтүмдүүлүккө ээ, бул зат менен модификацияланган талаа дагы эле тышкы талаа менен бирдей мааниге ээ экенин билдирет.

Салыштырмалуу магниттик өткөрүмдүүлүк m ошол эле тышкы магнит талаасынын булагы болгон вакуумда боло турган магнит талаасына салыштырмалуу берилген материал менен толтурулган мейкиндикте магнит талаасынын кандай өзгөрөөрүн аныктайт. Бардык табигый заттар үчүн салыштырмалуу магниттик өткөрүмдүүлүк оң болот. Айнек же суу сыяктуу тунук медиа үчүн үч чоңдук тең оң.

Андан кийин вакуумдан же абадан (абанын параметрлери вакуумдан бир аз гана айырмаланат) чөйрөгө өткөн жарык сынуу мыйзамына жана түшүү бурчунун синусунун бурчтун синусуна катышына ылайык сынат. сынуу берилген чөйрө үчүн сынуу көрсөткүчүнө барабар. Маани нөлдөн аз; жана m чөйрөнүн ичиндеги электрондор электр же магнит талаасы жараткан күчкө карама-каршы багытта жылышын билдирет.

Эркин электрон газы өз термелүүсүнө дуушар болгон металлдарда дал ушундай болот. Эгерде электромагниттик толкундун жыштыгы электрондордун бул табигый термелүүсүнүн жыштыгынан ашпаса, анда бул термелүүлөр толкундун электр талаасын ушунчалык эффективдүү экрандаштырат, алар металлга терең кирип кетүүгө мүмкүндүк бербейт жана ал тургай багытталган талааны түзүшөт. тышкы талаага карама-каршы.

Натыйжада, мындай материалдын диэлектрдик өтүмдүүлүгү терс болот. Металлдын ичине терең кире албаган электромагниттик нурлануу металлдын бетинен чагылышып, металл өзү мүнөздүү жаркырап калат. Эгерде диэлектрдик туруктуулуктун эки түрү тең терс болсочу? Бул суроону 1967-жылы орус физиги Виктор Веселаго берген. Көрсө, мындай чөйрөнүн сынуу көрсөткүчү терс жана жарык кадимки сынуу мыйзамынан келип чыккандан таптакыр башкача сынат.

5. Метаматериалдын бетиндеги терс сынуу – визуализация

Андан кийин электромагниттик толкундун энергиясы алдыга жылат, бирок электромагниттик толкундун бийиктиктери импульстун формасына жана берилген энергияга карама-каршы багытта жылат. Мындай материалдар жаратылышта жок (магниттик өткөргүчтүгү терс болгон заттар жок). Жогоруда айтылган 2006-жылдагы басылма жана кийинки жылдарда түзүлгөн башка көптөгөн басылмалар гана терс сынуу көрсөткүчү бар жасалма түзүлүштөрдү сүрөттөп, ошондуктан кура алышкан (5).

Алар метаматериалдар деп аталды. Грек префикси "мета" "кийин" дегенди билдирет, башкача айтканда, бул табигый материалдардан жасалган структуралар. Метаматериалдар керектүү касиеттерге материалдын магниттик же электрдик касиеттерин туураган кичинекей электр чынжырларын куруу аркылуу ээ болушат. Көптөгөн металлдар терс электр өткөрүмдүүлүккө ээ, ошондуктан терс магниттик жооп берген элементтерге орун калтыруу жетиштүү.

Бир тектүү металлдын ордуна кубдук тордо жайгашкан көптөгөн ичке металл зымдары изоляциялоочу материалдан жасалган пластинкага бекитилет. Зымдардын диаметрин жана алардын ортосундагы аралыкты өзгөртүү менен, сиз структура терс электр өткөрүмдүүлүккө ээ болгон жыштык баалуулуктарын тууралай аласыз. Жөнөкөй учурда терс магниттик өткөрүмдүүлүктү алуу үчүн конструкция жакшы өткөргүчтөн (мисалы, алтын, күмүш же жез) жасалган жана башка материалдын катмары менен бөлүнгөн эки сынган шакекчеден турат.

Бул система бөлүнүүчү шакек резонатору деп аталат - SRR деп кыскартылган. Бөлүнүүчү шакекче резонатор (6). Шакектердин боштуктарына жана алардын ортосундагы аралыкка байланыштуу конденсатор сыяктуу белгилүү бир сыйымдуулукка ээ жана шакекчелер өткөргүч материалдан жасалгандыктан, ал да белгилүү бир индуктивдүүлүккө ээ, б.а. агымдарды түзүү жөндөмдүүлүгү.

Электромагниттик толкундан тышкы магнит талаасынын өзгөрүшү шакекчелерде токтун жүрүшүнө алып келет жана бул ток магнит талаасын пайда кылат. Тиешелүү долбоор менен система жараткан магнит талаасы тышкы талаага карама-каршы багытталат экен. Бул мындай элементтерди камтыган материалдын терс магниттик өткөрүмдүүлүккө алып келет. Метаматериалдык системанын параметрлерин коюу менен толкун жыштыктарынын кыйла кеңири диапазонунда терс магниттик жоопту алууга болот.

Мета - курулуш

Дизайнерлердин кыялы – бир нерсенин айланасында толкундар идеалдуу аккан системаны куруу (7). 2008-жылы Калифорния университетинин окумуштуулары, Беркли, көрүнгөн жана жакын инфракызыл жарык үчүн терс сынуу индексине ээ болгон биринчи үч өлчөмдүү материалдарды жаратып, жарыкты табигый багытынын карама-каршы багытында ийишкен. Алар күмүш менен магний фториди айкалыштыруу менен жаңы метаматериалды түзүштү.

Андан кийин ал миниатюралык ийнелерден турган матрицага кесилет. Терс сынуу кубулушу 1500 нм толкун узундугунда (инфракызыл нурга жакын) байкалган. 2010-жылдын башында Карлсруэ технологиялык институтунан Толга Эргин жана анын Лондон Империал Колледжиндеги кесиптештери түзүшкөн. көрүнбөгөн аз нурлуу көшөгө. Изилдөөчүлөр рынокто жеткиликтүү материалдарды колдонушкан.

Алар алтын пластинкадагы микроскопиялык протрузияны жабуу үчүн бетке коюлган фотондук кристаллдарды колдонушкан. Атайын линзалардан метаматериал ушундайча жаралган. Пластинадагы дөңгөчтүн карама-каршы линзалар жарык толкундарынын бир бөлүгүн буруп, жарыктын дөңгөчтөгү чачырашын жок кыла тургандай жайгашкан. Толкун узундугу көрүнгөн жарыкка жакын болгон жарыкты колдонуп, микроскоп астында пластинканы карап, илимпоздор жалпак плитаны көрүшкөн.

Кийинчерээк Дьюк университетинин жана Лондондун Императордук колледжинин изилдөөчүлөрү микротолкундуу нурлануунун терс чагылышын алууга жетишкен. Бул эффектке жетүү үчүн метаматериалдык структуранын айрым элементтери жарыктын толкун узундугунан кичине болушу керек. Ошентип, бул техникалык жактан татаал иш, алар сынышы керек болгон жарыктын толкун узундугуна дал келген өтө кичинекей метаматериалдык структураларды өндүрүүнү талап кылат.

Көзгө көрүнгөн жарыктын (кызгылт көктөн кызылга) толкун узундугу 380ден 780 нанометрге чейин (нанометр метрдин миллиарддан бири). Шотландиялык Сент-Эндрюс университетинин нанотехнология боюнча адистери жардамга келишти. Алар өтө жыш тармагы менен метаматериалдын бир катмарын алышты. The New Journal of Physics 620 нанометрдин (кызгылт сары-кызыл жарык) тегерегинде толкун узундуктарын ийиле турган метафлексти сүрөттөйт.

2012-жылы Остиндеги Техас университетинин америкалык изилдөөчүлөрүнүн тобу микротолкундар менен такыр башка трюктарды көрсөтүшкөн. Диаметри 18 см болгон цилиндр терс импеданс менен плазмалык материал менен капталган жана касиеттерин башкарууга мүмкүндүк берген. Эгерде ал жашырылган объектиге так карама-каршы оптикалык касиеттерге ээ болсо, ал кандайдыр бир "терс" түрүн жаратат.

Ошентип, эки толкун бири-бирине дал келип, объект көрүнбөй калат. Натыйжада, материал толкундун бир нече ар кандай жыштык диапазонуна ийилип, алар объекттин айланасында агып, анын башка тарабында биригип, сырттан байкоочуга сезилбегендей көрүнүшү мүмкүн. Теориялык түшүнүктөр көбөйүүдө.

Болжол менен он эки ай мурун Advanced Optical Materials журналында Борбордук Флорида университетинин окумуштууларынын жаңы изилдөөсү тууралуу макала чыккан. Учурдагы чектөөлөрдү жеңе алган жокпу, ким билет "көрүнбөгөн шляпалар»Метаматериалдардан курулган. Алар жарыялаган маалыматка караганда, көзгө көрүнгөн жарык диапазонунда объект жок болуп кетиши мүмкүн.

7. Көзгө көрүнбөгөн нерсеге жарыкты ийүүнүн теориялык жолдору

Дебашис Чанда жана анын командасы үч өлчөмдүү структурасы бар метаматериалды колдонууну сүрөттөшөт. дегендердин аркасында жетише алдык. нанотрансфер басып чыгаруу (NTP), металл-диэлектрик ленталарды өндүрүү. Сынуу көрсөткүчүн наноинженердик ыкмалар менен өзгөртүүгө болот. Жарыктын таралуу жолу материалдын үч өлчөмдүү беттик структурасында электромагниттик резонанстык техниканы колдонуу менен башкарылууга тийиш.

Окумуштуулар өз корутундуларында өтө этият болушат, бирок алардын технологиясын сүрөттөөдөн мындай материалдан жасалган жабуулар электромагниттик толкундарды олуттуу түрдө буруп коюуга жөндөмдүү экени так көрүнүп турат. Кошумчалай кетсек, жаңы материалды алуу ыкмасы чоң аянттарды өндүрүүгө мүмкүндүк берет, мунун аркасында кээ бирөөлөр аларды камуфляж менен капталган согушкерлерди кыялдандырды. көрүнбөгөндүк толук, радардан күндүзгү жарыкка чейин.

Метаматериалдарды же оптикалык ыкмаларды колдонуу менен жабуу аппараттары объектилердин иш жүзүндө жок болуп кетишине алып келбейт, бирок алардын көзгө көрүнбөгөндүгүн аныктоо каражаттары жана жакында, балким, көзгө. Бирок, ансыз деле радикалдуу идеялар бар. Тайвандын Улуттук Цин Хуа университетинен Дженг Йи Ли жана Рэй-Куанг Ли объекттерди көзгө көрүнбөгөн жерден эле эмес, бүтүндөй реалдуулуктан да жок кыла ала турган кванттык “көрүнбөс капкактын” теориялык концепциясын сунушташты.

Бул жогоруда талкууланганга окшош иштейт, бирок Максвеллдин теңдемелеринин ордуна Шредингер теңдемеси колдонулат. Идея объекттин ыктымалдык талаасын нөлгө барабар кылып узартуу болуп саналат. Бул микро масштабда теориялык жактан мүмкүн. Бирок, мындай жабууну даярдоонун технологиялык мүмкүнчүлүктөрүн күтүү үчүн көп убакыт талап кылынат. кандайдыр бир окшош "көрүнбөгөн капкак", бул жөнүндө биз ал чындап эле биздин көз карашыбыздан бир нерсени жашырган деп айта алабыз.