Sådan gør du et objekt usynligt

En hårbørsteformet enhed er teoretisk designet, der ville bruge børstehår lavet af nanotråde til at bøje lys omkring den, hvilket gør objektet usynligt. Forskerne, der kom med designet, siger, at det er det første praktiske design for en optisk kappe, der fungerer i det synlige spektrum. De arbejder nu på at bygge en egentlig enhed baseret på deres beregninger.

Kappe på, kappe af: Simuleringer viser, hvordan lys interagerer med tværsnittet af tilsløringsanordningen. Når den er afdækket (øverst), reflekteres lyset fra objektet. Men når det er tildækket (nederst), ledes lyset rundt om objektet og alt indeni det.

Selvom det stadig kun er et teoretisk design, er det den første til at vise, hvordan en nyligt opdaget tilsløringseffekt kunne fås til at virke for alle bølgelængder af synligt lys, siger Vladimir Shalaev , en professor i elektro- og computerteknik ved Purdue University, i West Lafayette, IN, som ledede forskningsindsatsen.

Det udstikker en køreplan for at bygge den slags strukturer, siger John Pendry , professor i teoretisk fysik ved Imperial College London, U.K. Udover at gøre det muligt at gøre tingene usynlige, kan arbejdet føre til måder at skabe varmeskjolde ved at bøje infrarødt lys omkring objekter, siger han. Pendrys indledende forskning førte til sidste års skabelse af den første fungerende tilsløringsenhed, som fungerede i mikrobølgeområdet. (Se Cloaking Breakthrough .) Dette seneste arbejde viser nu en måde at udvide dette til det synlige lysområde, siger Pendry.

For at blive usynlig skal en genstand gøre to ting: den skal være i stand til at bøje lys omkring sig selv, så den ikke kaster skygge, og den må ikke frembringe refleksion. Mens naturligt forekommende materialer ikke er i stand til at gøre dette, gør en ny klasse af materialer kaldet metamaterialer det nu muligt. (Se TR10: Usynlig revolution.)

Bøjning af lys omkring en genstand kræver, at et materiale har et negativt brydningsindeks. Brydningsindekset er en egenskab, der dikterer, hvordan lys passerer gennem et medium; det er grunden til, at en pind vil se bøjet ud, når den placeres i vand. Hvis vand havde et negativt brydningsindeks, ville det få pinden til at se ud, som om den bøjede sig tilbage på sig selv.

Sidste år demonstrerede Pendry, at det teoretisk er muligt at designe strukturer af meget tynde ledende ledninger, der kan have en effekt på mikrobølgernes elektriske og magnetiske felter, hvilket får dem til at bøje på unaturlige måder som denne. Denne teori blev senere understøttet af eksperimenter udført af David Smith og David Schurig ved Duke University i Durham, NC.

Men at gentage succesen for visuelt lys syntes at give problemer. For det første ville det kræve komponenter kun 40 nanometer store for at få designet, som Smith og Schurig brugte, til at fungere til synligt lys.

Løsningen var at designe en enhed med tætsiddende nåle af nanotråde, 10 nanometer i diameter og 60 nanometer lang, udgående fra en cylindrisk central eger. I det aktuelle nummer af tidsskriftet Naturfotonik , viser forskerne, hvordan - i det mindste i teorien - dette ville skjule objektet fra rødt lys med en bølgelængde på 632,8 nanometer.

Der er dog begrænsninger for denne tilgang. En meget lille procentdel af lys ville stadig blive reflekteret, så objektet ville ikke være helt usynligt. Selvom designet også kan tilpasses til at fungere til andre frekvenser i det synlige område, vil designet stadig kun fungere for et meget smalt lysbånd.

Det er et reelt problem, siger Ulf Leonhardt , professor i teoretisk fysik ved St. Andrews University, i Skotland, og ekspert på dette område. Det ville se helt mærkeligt ud, og du ville helt sikkert se noget. Men han siger, at dette ikke er en anklage mod Purdue-forskningen; snarere er det et generelt problem med forskning i tilsløring indtil videre.

Det er stadig et vigtigt skridt at gå ind i det synlige område, siger Leonhardt. Og det er et klart skridt fremad. Men for at få tingene til virkelig at forsvinde foran vores øjne, skal der findes en måde at få enheder til at fungere på tværs af en bred vifte af frekvenser, siger han.

Alligevel er brugen af ​​nanotråde en meget praktisk vej frem, siger Pendry. Det er meget nyttigt, fordi det, vi virkelig ønsker nu, er at se, hvor godt folk kan bygge dem, siger han. Det er faktisk det, gruppen arbejder på nu. Det næste skridt er at fremstille og teste en faktisk prøve, siger Alexander Kildishev, en forsker ved Purdue. Dette arbejde vil blive udført i samarbejde med Purdues Birck Nanotechnology Center.

skjule