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.
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.
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. 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