211service.com
Neredzamība ir atvieglota
Pagājušajā gadā plašsaziņas līdzekļi ir bijuši pārņemti ar runām par eksotisku materiālu klasi, ko sauc par metamateriāliem, ko varētu izmantot, lai izgatavotu plakanas lēcas bez kropļojumiem, jaudīgus mikroskopus un pat maskēšanas ierīces, kas padara objektus neredzamus. Taču praktiskiem lietojumiem piemērotu materiālu versijas ir bijis grūti izgatavot. Tagad Prinstonas universitātes pētnieki ir parādījuši metamateriālus, kas ir gan efektīvāki, gan daudz vieglāk ražojami, iespējams, tuvinot šīs lietojumprogrammas realitātei.
Liekšanas gaisma: Jauna veida materiāls liek gaismas viļņiem (ko attēlo ovāli) kustēties tādā veidā, kas pilnīgi atšķiras no tā, kā tie pārvietojas parastajos materiālos.
Tas ir diezgan svarīgs solis, saka Igors Smoļaņinovs , Merilendas universitātes pētnieks, kurš strādā ar metamateriāliem. Tas ir daudz lētāks nekā jebkas cits, ko cilvēki dara.
Gaisma, kas pāriet no viena parasta materiāla citā, nedaudz saliecas – iedomājieties, kā ūdenī taisna nūja izskatās saliekta, bet gaisma, kas pāriet metamateriālā, saliecas pretējā virzienā. Tādējādi metamateriāliem ir tā sauktais negatīvais refrakcijas indekss. No šāda materiāla izgatavotam objektīvam nav jābūt izliektam. (Tas ir parasta objektīva izliekums, kas ļauj fokusēt ienākošo gaismu.) Metamateriālus var izmantot arī, lai novirzītu elektromagnētiskos viļņus ap objektu, padarot to neredzamu. Jau tagad pētnieki ir demonstrējuši maskēšanas ierīci, kas padara objektus neredzamus mikroviļņiem, un citi ir radījuši materiālus, kas negatīvi lauž elektromagnētiskos viļņus elektromagnētiskā spektra redzamajā daļā. Taču līdz šim metamateriāliem bija jābūt veidotiem ar sarežģītām formām, kas ir mazākas par gaismas viļņa garumu, ar kuru tie ir paredzēti. Līdz ar to materiālus, kas darbojas ar mikroskopiska viļņa garuma gaismu, piemēram, infrasarkano un redzamo gaismu, ir bijis grūti izgatavot. Tā kā esošie metamateriāli rada negatīvu refrakciju, tiem ir arī bijusi spēcīga tendence absorbēt gaismu, padarot tos nepraktiskus izmantošanai optikā.
Prinstonā izstrādātie materiāli saglabā negatīvās refrakcijas īpašības, taču tos ir daudz vieglāk izgatavot. Tā vietā, lai būtu vajadzīgas sarežģītas struktūras, piemēram, sadalītie gredzeni, ko izmanto mikroviļņu maskēšanas ierīcē, materiālus var izgatavot, vienkārši sakraujot ļoti plānus pusvadītāju materiāla slāņus. Turklāt šo sakraušanu var veikt ar tiem pašiem instrumentiem, ko tagad izmanto, lai izgatavotu pusvadītāju materiālus telekomunikācijās izmantotajiem lāzeriem. Klēra Gmahla , Prinstonas pētnieks, kurš vadīja darbu. Jaunie materiāli sastāv no mainīgiem indija gallija arsenīda un alumīnija indija arsenīda slāņiem, un tie ir pielāgoti darbam spektra infrasarkanajā reģionā.
Tāpat kā citi metamateriāli, jaunie materiāli ietekmē gaismu savādāk nekā parastie materiāli, jo tie ir izgatavoti no konstrukcijām, kas ir ievērojami mazākas par caur tiem ejošās gaismas viļņa garumu. Tomēr šajā gadījumā paši pusvadītāju slāņi ir plānāki par gaismas viļņa garumu. Līdz ar to vilnis, kas iet caur materiālu, vienlaikus saskaras ar vairākiem slāņiem, reaģējot uz tiem tā, it kā tie būtu viens materiāls, kura īpašības ir diezgan atšķirīgas no katra pusvadītāja īpašībām atsevišķi.
Jaunie materiāli atšķiras no iepriekšējiem metamateriāliem ar to, ka tā vietā, lai mainītu divus gaismas kustības aspektus, tie maina tikai vienu. Ja gaismu uzskata par vilni, viļņa fronte ir perpendikulāra gaismas kustības virzienam. Iedomājieties, ka okeāna vilnis triecas krastā: tas virzās tikai vienā virzienā, bet viļņu fronte ir milzīga ūdens siena. Iepriekšējie metamateriāli mainīja caur tiem ejošo gaismas staru virzienu, un viļņu fronte palika perpendikulāra stara virzienam. Jaunajos materiālos gaismas stars maina virzienu, bet viļņu frontes ne, radot iespaidu, ka tās slīd uz sāniem, nevis virzās uz priekšu. (Skatīt attēlu zemāk.)
Kad gaismas stars pārvietojas caur parastu materiālu, tas kustas tajā pašā virzienā, uz kuru vērsti gaismas viļņi (attēla augšējā daļa). Kad gaismas stars nonāk jauna veida metamateriālā, tas maina virzienu, bet viļņi paliek vērsti tādā pašā virzienā, šķiet, ka tie slīd uz sāniem (skatiet attēla apakšējo pusi). Šis attēls ir no datorsimulācijas.
Kredīts: Entonijs Hofmans, Prinstonas universitāte
Kopējā ietekme uz gaismas stara virzienu ir tāda pati kā agrākajam metamateriālam, taču jaunos materiālus ir vienkāršāk izveidot, un tie absorbē daudz mazāk gaismas, padarot tos pievilcīgākus izmantošanai optikā.
Pirmā lietojumprogramma, ko izstrādā Prinstonas pētnieki, ir plakana lēca ķīmisko sensoru ierīcēm, lietojumprogramma, kurai materiāli, kas darbojas ar infrasarkano gaismu, ir īpaši piemēroti. Gmachl saka, ka pašreizējie optiskie iestatījumi šādām ierīcēm ir apjomīgi, jo tajās tiek izmantoti parastie objektīvi. Viņa saka, ka pirmais pielietojums būtu šī materiāla izmantošana, lai miniaturizētu optiskos iestatījumus, aizstājot izliektās lēcas ar plakanām.
Vēl viens agrīns pielietojums varētu būt nakts redzamības ierīcēs, kas darbojas arī ar infrasarkano staru viļņu garumiem. Cilvēkiem, kuri vēlas uzlabot nakts redzamības ierīces, tas varētu būt diezgan interesanti, saka Smoļaninovs.