«Көрінбейтін қақпақтар» әлі де көрінбейді

«Көрінбейтін жадағайлар» сериясының ең соңғысы - сәйкес оптикалық жүйені пайдаланатын Рочестер университетінде дүниеге келген (1). Дегенмен, скептиктер мұны қандай да бір иллюзионистік трюк немесе арнайы эффект деп атайды, онда ақылды линзалар жүйесі жарықты сындырып, бақылаушының көзқарасын алдайды.

Мұның артында біршама жетілген математика бар — ғалымдар оны объектіні тікелей артына жасыра алатындай етіп жарық сындыратындай етіп екі линзаны қалай орнату керектігін табу үшін пайдалануы керек. Бұл шешім линзаларға тікелей қараған кезде ғана жұмыс істемейді - 15 градус немесе басқа бұрыш жеткілікті.

1. Рочестер университетінен «Көрінбейтін қалпақ».

Оны автомобильдерде айнадағы немесе операциялық бөлмелердегі соқыр дақтарды жою үшін қолдануға болады, бұл хирургтарға қолдарымен көруге мүмкіндік береді. Бұл туралы тағы бір ұзақ ашулар сериясы көрінбейтін технологиябұл бізге соңғы жылдары келді.

2012 жылы біз американдық Дьюк университетінен «Көрінбеушілік қақпағы» туралы естідік. Бұл микротолқынды спектрдің кішкентай фрагментіндегі кішкентай цилиндрдің көрінбейтіндігі туралы екенін ең қызықты адам ғана оқыды. Бір жыл бұрын Дюк шенеуніктері кейбір топтарда перспективалы болып көрінуі мүмкін sonar стелс технологиясы туралы хабарлады.

Өкінішке орай, болды көрінбеу тек белгілі бір көзқарас тұрғысынан және тар шеңберде, бұл технологияны аз пайдаланды. 2013 жылы Дьюктің тынымсыз инженерлері құрылымында микро саңылаулары бар нысанды камуфляждайтын 3D басып шығарылған құрылғыны ұсынды (2). Дегенмен, бұл толқындардың шектеулі диапазонында және белгілі бір көзқараста ғана болды.

Интернетте жарияланған фотосуреттерде 2012 жылы Quantum Stealth (3) қызықты атауымен жарнамаланған канадалық Hyperstealth компаниясының шапаны перспективалы болып көрінді. Өкінішке орай, жұмыс прототиптері ешқашан көрсетілмеген және оның қалай жұмыс істейтіні түсіндірілмеген. Компания мұның себебі ретінде қауіпсіздік мәселелерін алға тартады және құпия түрде өнімнің әскерге арналған құпия нұсқаларын дайындап жатқанын хабарлайды.

Алдыңғы монитор, артқы камера

Бірінші заманауикөрінбейтін қалпақ» Он жыл бұрын жапон инженері проф. Токио университетінен Сусуму Тачи. Ол пальто киген адамның артында орналасқан камераны пайдаланды, ол да монитор болды. Артқы камерадағы сурет оған проекцияланды. Шапан киген адам «көрінбейтін» болды. Ұқсас трюк алдыңғы онжылдықта BAE Systems (4) ұсынған Adaptiv көлік камуфляж құрылғысында қолданылады.

Ол танк броньында «артынан» инфрақызыл суретті көрсетеді. Мұндай машина көру құрылғыларында көрінбейді. Нысандарды маскалау идеясы 2006 жылы пайда болды. Лондон Империал Колледжінің қызметкері Джон Пендри, Дьюк университетінің Дэвид Шуриг және Дэвид Смит Science журналында «трансформация оптикасы» теориясын жариялады және оның микротолқындар жағдайында (көрінетін жарыққа қарағанда ұзағырақ толқын ұзындығы) қалай жұмыс істейтінін ұсынды.

2. Үш өлшемде басылған «көрінбейтін қалпақ».

Тиісті метаматериалдардың көмегімен электромагниттік толқынды айналадағы объектіні айналып өтіп, өзінің ағымдағы жолына оралатындай етіп бүгуге болады. Ортаның жалпы оптикалық реакциясын сипаттайтын параметр бұл ортада жарықтың вакуумға қарағанда қанша есе баяу қозғалатынын анықтайтын сыну көрсеткіші болып табылады. Оны салыстырмалы электрлік және магниттік өткізгіштіктің көбейтіндісінің түбірі ретінде есептейміз.

салыстырмалы электр өткізгіштігі; берілген заттағы электрлік әсерлесу күші вакуумдегі әрекеттесу күшінен қанша есе аз екенін анықтайды. Демек, бұл заттың ішіндегі электр зарядтарының сыртқы электр өрісіне қаншалықты күшті әсер ететінінің өлшемі. Заттардың көпшілігінде оң өткізгіштік бар, яғни затпен өзгерген өріс әлі де сыртқы өріспен бірдей мағынаға ие болады.

Салыстырмалы магниттік өткізгіштік m сол сыртқы магнит өрісі көзі бар вакуумда болатын магнит өрісімен салыстырғанда берілген материалмен толтырылған кеңістікте магнит өрісінің қалай өзгеретінін анықтайды. Табиғатта кездесетін барлық заттар үшін салыстырмалы магниттік өткізгіштік оң болады. Шыны немесе су сияқты мөлдір тасымалдағыштар үшін үш шаманың барлығы оң болады.

Содан кейін вакуумнан немесе ауадан (ауа параметрлері вакуумнан сәл ғана ерекшеленеді) ортаға өтетін жарық сыну заңы бойынша сынады және түсу бұрышы синусының сыну бұрышының синусына қатынасы болады. осы орта үшін сыну көрсеткішіне тең. Мән нөлден аз; және m ортаның ішіндегі электрондардың электр немесе магнит өрісі тудыратын күшке қарсы бағытта қозғалатынын білдіреді.

Бос электрон газы өз тербелісіне ұшырайтын металдарда дәл осылай болады. Егер электромагниттік толқынның жиілігі электрондардың осы табиғи тербелістерінің жиілігінен аспаса, онда бұл тербелістер толқынның электр өрісін оның металға терең еніп кетуіне және тіпті қарама-қарсы бағытталған өріс құруына мүмкіндік бермейтіні соншалықты тиімді. сыртқы өріске.

Нәтижесінде мұндай материалдың өткізгіштігі теріс. Металға терең еніп кете алмаған электромагниттік сәуле металдың бетінен шағылысып, металдың өзі өзіне тән жылтырлыққа ие болады. Өткізгіштіктің екі түрі де теріс болса ше? Бұл сұрақты 1967 жылы орыс физигі Виктор Веселаго қойған. Мұндай ортаның сыну көрсеткіші теріс және жарық әдеттегі сыну заңынан туындайтынға қарағанда мүлде басқаша сынатыны белгілі болды.

5. Метаматериал бетіндегі теріс сыну – визуализация

Содан кейін электромагниттік толқынның энергиясы алға жылжиды, бірақ электромагниттік толқынның максимумдары импульс пен берілген энергияның пішініне қарама-қарсы бағытта қозғалады. Мұндай материалдар табиғатта жоқ (теріс магниттік өткізгіштігі бар заттар жоқ). Тек жоғарыда аталған 2006 жылғы басылымда және одан кейінгі жылдары жасалған басқа да көптеген басылымдарда теріс сыну көрсеткіші бар жасанды құрылымдарды сипаттауға және соған сәйкес салуға болады (5).

Оларды метаматериалдар деп атайды. Грекше «мета» префиксі «кейін» дегенді білдіреді, яғни бұл табиғи материалдардан жасалған құрылымдар. Метаматериалдар қажетті қасиеттерді материалдың магниттік немесе электрлік қасиеттеріне ұқсайтын шағын электр тізбектерін құру арқылы алады. Көптеген металдар теріс электр өткізгіштікке ие, сондықтан теріс магниттік жауап беретін элементтерге орын қалдыру жеткілікті.

Біртекті металдың орнына оқшаулағыш материалдың табақшасына текше тор түрінде орналасқан көптеген жұқа металл сымдар бекітіледі. Сымдардың диаметрін және олардың арасындағы қашықтықты өзгерту арқылы құрылымның теріс электр өткізгіштігі болатын жиілік мәндерін реттеуге болады. Қарапайым жағдайда теріс магниттік өткізгіштігін алу үшін дизайн жақсы өткізгіштен (мысалы, алтын, күміс немесе мыс) жасалған және басқа материалдың қабатымен бөлінген екі сынған сақинадан тұрады.

Мұндай жүйе бөлінген сақина резонаторы деп аталады - ағылшын тілінен SRR деп қысқартылған. Бөлінетін сақиналы резонатор (6). Сақиналардағы саңылауларға және олардың арасындағы қашықтыққа байланысты ол конденсатор сияқты белгілі бір сыйымдылыққа ие және сақиналар өткізгіш материалдан жасалғандықтан, ол да белгілі бір индуктивтілікке ие, яғни. токтарды генерациялау мүмкіндігі.

Электромагниттік толқыннан сыртқы магнит өрісінің өзгеруі сақиналарда токтың ағуын тудырады және бұл ток магнит өрісін тудырады. Тиісті дизайнмен жүйе жасаған магнит өрісі сыртқы өріске қарама-қарсы бағытталғаны белгілі болды. Бұл осындай элементтерді қамтитын материалдың теріс магниттік өткізгіштігіне әкеледі. Метаматериалдық жүйенің параметрлерін орнату арқылы толқын жиіліктерінің жеткілікті кең диапазонында теріс магниттік жауап алуға болады.

мета құрылыс

Дизайнерлердің арманы - толқындар объектінің айналасында өте жақсы ағып кететін жүйені құру (7). 2008 жылы Берклидегі Калифорния университетінің ғалымдары тарихта алғаш рет көрінетін және жақын инфрақызыл сәулелер үшін теріс сыну көрсеткіші бар, жарықты табиғи бағытына қарама-қарсы бағытта майыстыратын үш өлшемді материалдарды жасады. Олар күмісті магний фторидімен біріктіру арқылы жаңа метаматериал жасады.

Содан кейін ол миниатюралық инелерден тұратын матрицаға кесіледі. Теріс сыну құбылысы 1500 нм толқын ұзындығында (инфрақызылға жақын) байқалды. 2010 жылдың басында Карлсруэ технологиялық институтының қызметкері Толга Эргин және Лондон Империал Колледжіндегі әріптестері көзге көрінбейтін жеңіл перде. Зерттеушілер нарықта бар материалдарды пайдаланды.

Олар алтын пластинадағы микроскопиялық шығыңқы жерді жабу үшін бетке салынған фотонды кристалдарды пайдаланды. Осылайша, метаматериал арнайы линзалардан жасалған. Пластинадағы дөңеске қарама-қарсы линзалар жарық толқындарының бір бөлігін бұру арқылы жарықтың дөңеске шашырауын жоятындай етіп орналасады. Пластинаны микроскоппен бақылап, толқын ұзындығы көрінетін жарыққа жақын жарықты пайдалана отырып, ғалымдар жалпақ пластинаны көрді.

Кейінірек Дьюк университетінің және Лондонның Императорлық колледжінің зерттеушілері микротолқынды сәулеленудің теріс көрінісін ала алды. Бұл әсерді алу үшін метаматериал құрылымының жеке элементтері жарық толқынының ұзындығынан аз болуы керек. Сондықтан бұл сынуы тиіс жарықтың толқын ұзындығына сәйкес келетін өте кішкентай метаматериалдық құрылымдарды өндіруді талап ететін техникалық қиындық.

Көрінетін жарықтың (күлгіннен қызылға дейін) толқын ұзындығы 380-ден 780 нанометрге дейін (нанометр – метрдің миллиардтан бірі). Көмекке Шотландияның Сент-Эндрюс университетінің нанотехнологтары келді. Олар өте тығыз торлы метаматериалдың бір қабатын алды. «Жаңа физика журналының» беттерінде шамамен 620 нанометр (қызғылт сары-қызыл жарық) толқын ұзындығын бүгуге қабілетті метафлекс сипатталған.

2012 жылы Остиндегі Техас университетінің бір топ американдық зерттеушілері микротолқынды пештерді қолдану арқылы мүлде басқа трюк ойлап тапты. Диаметрі 18 см цилиндр теріс импеданс плазмалық материалмен қапталған, бұл қасиеттермен манипуляциялауға мүмкіндік береді. Егер ол жасырын объектінің оптикалық қасиеттеріне дәл қарама-қарсы болса, ол «теріс» түрін жасайды.

Осылайша, екі толқын қабаттасып, нысан көрінбейтін болады. Нәтижесінде материал толқынның бірнеше әртүрлі жиілік диапазондарын майыстыра алады, сонда олар объектінің айналасында ағып, оның екінші жағында біріктіріледі, бұл сыртқы бақылаушыға байқалмауы мүмкін. Теориялық ұғымдар көбейіп келеді.

Шамамен оншақты ай бұрын Advanced Optical Materials Орталық Флорида университетінің ғалымдарының жаңашыл зерттеуі туралы мақаланы жариялады. Кім біледі, олар бар шектеулерді жеңе алмады ма »көрінбейтін қалпақшалар» Метаматериалдардан жасалған. Олар жариялаған ақпаратқа сәйкес, нысанның көрінетін жарық диапазонында жоғалып кетуі мүмкін.

7. Көзге көрінбейтін затқа жарықты бүгудің теориялық жолдары

Дебашис Чанда және оның командасы үш өлшемді құрылымы бар метаматериалды пайдалануды сипаттайды. дегеннің арқасында қол жеткізген. металл-диэлектрлік таспаларды шығаратын нанотрансфер басып шығару (NTP). Сыну көрсеткішін наноинженерлік әдістермен өзгертуге болады. Жарықтың таралу жолы материалдың үш өлшемді бетінің құрылымында электромагниттік резонанс әдісін қолдану арқылы басқарылуы керек.

Ғалымдар өз тұжырымдарына өте сақтықпен қарайды, бірақ олардың технологиясының сипаттамасынан мұндай материалдың жабындары электромагниттік толқындарды үлкен дәрежеде бұрмалауға қабілетті екені анық. Сонымен қатар, жаңа материалды алу тәсілі үлкен аумақтарды өндіруге мүмкіндік береді, бұл кейбіреулерге осындай камуфляжбен жабылған жауынгерлерді армандады, бұл оларды қамтамасыз етеді. көрінбеу толық, радардан күндізгі жарыққа дейін.

Метаматериалдарды немесе оптикалық әдістерді қолданатын жасыру құрылғылары объектілердің нақты жоғалуын тудырмайды, бірақ олардың анықтау құралдарына және жақын арада, мүмкін, көзге көрінбейтіндігін ғана тудырады. Дегенмен, қазірдің өзінде радикалды идеялар бар. Тайвань ұлттық университетінің Цин Хуа университетінен Дженг Йи Ли мен Рэй-Куанг Ли объектілерді тек көру аймағынан ғана емес, жалпы шындықтан да алып тастай алатын кванттық «көрінбеу қалпағы» туралы теориялық тұжырымдаманы ұсынды.

Бұл жоғарыда талқыланғанға ұқсас жұмыс істейді, бірақ Максвелл теңдеулерінің орнына Шредингер теңдеуі пайдаланылады. Мәселе объектінің ықтималдық өрісін нөлге тең болатындай етіп созу болып табылады. Теориялық тұрғыдан бұл микро масштабта мүмкін. Дегенмен, мұндай қаптаманы дайындаудың технологиялық мүмкіндіктерін күту үшін көп уақыт қажет. Кез келген сияқтыкөрінбейтін қалпақ«Ол шынымен де біздің көзқарасымыздан бірдеңені жасырды деп айтуға болады.