En usynlighedskappe med en tænd-sluk-knap

De første usynlighedskapper dukkede op for omkring et årti siden. Siden da har teorien bag disse enheder og teknologien brugt til at implementere dem udviklet sig i et betagende tempo.

Vi har set på måder at lave optiske kapper på, på selvsamlende kapper og endda undersøgt 'illusionskapper', der får én ting til at ligne en anden.

I dag skitserer Darran Milne og Natalia Korolkova ved University of St Andrews i Skotland en anden idé. Disse fyre har fundet ud af, hvordan man laver en optisk usynlighedskappe, som du kan tænde og slukke.

Det, der gør dette muligt, er en proces kendt som elektromagnetisk induceret transparens – et fænomen, hvor visse materialer bliver gennemsigtige, når de zappes af lys fra to omhyggeligt indstillede lasere.

Dette virker for materialer med atomer, der kan eksistere i tre forskellige elektroniske tilstande - f.eks. a, b og den højeste, c. Ideen her er, at den første laserstråle absorberes af materialet, fordi den exciterer elektroner fra tilstand a til tilstand c. Den anden laser absorberes også, fordi den exciterer elektroner fra tilstand b til tilstand c.

Hvis lasernes frekvenser er tæt på hinanden, kan de indstilles på en måde, der får dem til at forstyrre destruktivt. Og når dette sker, ophæves deres evne til at excitere elektroner.

Når dette sker, passerer laserfotonerne pludselig uhindret gennem materialet, nogle gange med dramatisk reduceret hastighed (hvilket er, hvordan eksperimenter, der stopper lys udføres).

Denne effekt har en række anvendelser. Fysikere brugte det for nylig til at skabe elektromagnetisk inducerede linser, hvor et materiales brydningsindeks er lavet til at ændre sig på en måde, der fokuserer lys.

Hvad mere er, har andre fysikere vist, hvordan den samme effekt kan bruges til at gøre et materiales brydningsindeks negativt.

Denne form for manipulation af brydningsindeks er præcis, hvad der er nødvendigt for en usynlighedskappe, fordi den skal styre lyset rundt om en genstand, hvilket giver indtryk af, at den ikke er der.

Problemet er imidlertid, at selvom dette alt sammen er muligt i teorien med elektromagnetisk induceret gennemsigtighed, har de ekstreme ændringer i brydningsindekset ikke været mulige i praksis.

Nu har Milne og Korolkova fundet ud af, hvordan de skal gøre det. Deres trick er at bruge atomer, der kan eksistere i fem elektroniske tilstande i stedet for tre. Dette tillader yderligere kontrol over brydningsindekset kaldet magneto-elektrisk krydskobling.

Den nederste linje er, at dette tillader et eksternt magnetfelt at modulere ændringen i brydningsindeks. Som et resultat er det muligt at styre lyset ved at placere materialet i et felt, der varierer på den ønskede måde.

Sådan et materiale burde være ligetil at fremstille ved at dope en krystal med de nødvendige atomer, siger Milne og Korolkova.

Alligevel vil det nye materiale have vigtige begrænsninger. For eksempel er brydningsindeksmanipulationen kun nok til en bestemt speciel klasse af usynlighedskappe kaldet tæppekappe s. Disse skjuler kun et objekt på en overflade, men det kan ikke skjule et objekt i frit rum (i hvert fald ikke endnu).

Den store fordel ved denne teknik er, at det gør kapper meget nemmere at lave. Konventionelle kapper skal konstrueres på nanoskalaen på en måde, der bøjer lyset på den nødvendige måde.

I modsætning hertil ville en elektromagnetisk induceret kappe blive lavet som ethvert andet doteret materiale og simpelthen placeret i et magnetfelt, der er formet på den krævede måde. Denne kan naturligvis tændes og slukkes med et tryk på en kontakt.

Den meget simplere teknik med elektromagnetisk induceret transparens kan bruges til at opnå en delvis tæppetilsløring ved optiske frekvenser i atomare dampe eller faste stoffer, siger Milne og Korolkova, der som teoretikere nu må vente på, at nogen skal have et knæk i at lave en af disse enheder. En praktisk demonstration ville være endnu et interessant fremskridt inden for tilsløringsteknologi.

Vi har endnu ikke set kommercielt levedygtige applikationer til tilsløring, men med denne udviklingshastighed skal vi ikke vente meget længere.

Ref: arxiv.org/abs/1206.3944 : Elektromagnetisk induceret usynlighedstildækning

skjule