Ученые создали плащ-невидимку, скрывающий трехмерные объекты в видимом диапазоне света!

Метаматериалы - специальным образом спроектированные и искусственно созданные на наномасштабе структуры, способные нужным образом управлять электромагнитным излучением - давно сулят человечеству множество полезных применений. Из них, пожалуй, самое известное - плащ-невидимка, позволяющий скрывать из вида любые трехмерные объекты.

Традиционным подходом при создании плащей-невидимок из метаматериалов являлось использование материалов с меняющимися по объему свойствами, которые позволяли постепенно изгибать световой луч. Спрятанный в толще такого материала объект мог бы оставаться невидимым для внешнего наблюдателя, т.к. прошедшая через метаматериал световая волна отражалась бы от него как от плоской поверхности. Однако у такого подхода обнаружилось множество проблем: громоздкость, сложность масштабирования на большие объекты и, самое главное, "паразитные" сдвиги в фазе отраженного от структуры света, что позволяло легко обнаружить объект, воспользовавшись фазочувствительным детектором.

Изображение: Xingjie Ni et al., DOI: 10.1126/science.aac9411

Новый подход с метаповерхностью по сравнению с традиционными объемными метаматериалами. Изображение: Xingjie Ni et al., DOI: 10.1126/science.aac9411

В новой работе ученые из университета Калифорнии в Беркли экспериментально продемонстрировали работающий плащ-невидимку, основанный на совершенно другом подходе - использовании тонких метаповерхностей, толщиной в доли длины волны видимого света. Сама метаповерхность состоит из множества элементарных наноантенн, выполняющих функции фазовращателей, которые концентрируют световое излучение и направляют его так, чтобы восстановить отраженный от объекта волновой фронт. Для демонстрационного эксперимента использовались простые прямоугольные наноантенны, состоящие из двух кусочков золота, разделенных тонким слоем диэлектрика, создающего плазмонный резонанс.

Элементарная ячейка метаповерхности. Изображение: Xingjie Ni et al., DOI: 10.1126/science.aac9411

Элементарная ячейка метаповерхности.
Изображение: Xingjie Ni et al., DOI: 10.1126/science.aac9411

В качестве пробного объекта ученые создали структуру, размером несколько микрометров, и получили ее изображение как с помощью атомно-силового, так и электронного микроскопа. Затем с использованием электронной литографии поверх этой структуры была сформирована описанная выше метаповерхность, с которой ученые провели несколько экспериментов. Первый из них заключался в получении изображения объекта в широком диапазоне длин волн при наличии и отсутствии плаща-невидимки. Полученные в эксперименте изображения приведены ниже и говорят сами за себя. Вторым шагом данной работы было показать отсутствие сдвигов в фазе отраженного света. Для этого ученые смотрели на интерференционную картину, возникающую в отраженном свете, которая также продемонстрировала отличную работу метаповерхности.

Результаты экспериментов с плащом-невидимкой. Изображение: Xingjie Ni et al., DOI: 10.1126/science.aac9411

Результаты экспериментов с плащом-невидимкой. При использовании метаповерхности на рис. C и D скрываемая структура пропадает из вида. Изображение: Xingjie Ni et al., DOI: 10.1126/science.aac9411

Таким образом, продемонстрированный подход является серьезным шагом на пути создания реально существующих плащей-невидимок, многочисленные применения которым не поддаются описанию! Теперь ученым лишь предстоит добиться работы своего плаща-невидимки для больших объектов и произвольной поляризации падающего света.

Ссылка на статью в журнале Science: http://www.sciencemag.org/content/349/6254/1310.abstract
Наша группа Вконтакте: https://vk.com/makeitquantum