Ученые создали новый "материал-невидимку"

Ученые разработали новый "материал-невидимку" на основе полупроводникового кремния, позволяющий добиться эффекта невидимости предметов в инфракрасном диапазоне электромагнитных волн.

Разработка позволит в будущем создать более компактные "материалы-невидимки" и расширить область их работы до диапазона волн света, видимого человеческим глазом, уверены авторы исследования, опубликованного в журнале Nature Materials.

Материалы невидимки были продемонстрированы и ранее, но до сих пор они работали только в диапазоне ультракоротких радиоволн, используемом в микроволновых печах и мобильных телефонах.

Идея создания подобных материалов, делающих невидимым скрытый за ними предмет, возникла в 1960-е годы прошлого века, когда советский ученый Виктор Веселаго обосновал теоретическую возможность создания сред с отрицательным показателем преломления волн света.

В подобной среде величины магнитной и диэлектрической проницаемости - фундаментальные характеристики материи - плавно меняются так, что электромагнитные волны, распространяющееся внутри нее, будут отклоняться и огибать предмет, помещенный в нее, и тот будет оставаться невидимым для внешнего наблюдателя.

Реализация этого принципа стала возможной с появлением в последние годы нового типа материалов - композитных материалов, свойства которых определяются не столько их составом, сколько геометрией внутреннего строения. Такие материалы, получившие название метаматериалов, позволили получить свойства, не встречающиеся в природе, в частности отрицательную диэлектрическую и магнитную проницаемости среды.

Как и их предшественники, авторы новой разработки, американские ученые под руководством Сяна Чжана (Xiang Zhang) из Калифорнийского университета в Беркли, применили новый подход к созданию "плаща-невидимки", несколько отличающийся от предложенного в теории Веселаго.

В их материале излучение не огибает скрытый предмет. Напротив, электромагнитные волны проходят сквозь метаматериал, достигают спрятанного там предмета и, отражаясь от него, рассеиваются. При этом "материал-невидимка" отклоняет отраженные волны так, что на выходе из метаматериала они кажутся наблюдателю отраженным от плоской поверхности, а не от выпуклой поверхности предмета, который на ней на самом деле находится.

При таком подходе требуется конструировать новый "материал-невидимку" для каждого конкретного предмета. Однако ученые считают, что их технология позволяет создать метаматериал достаточно быстро и просто. Кроме того, такой подход может позволить прятать от наблюдателя более сложные и крупные предметы.

Материал, разработанный группой Чжана, представляет собой кремниевую пластину, в которой стандартными методами микроэлектроники вытравлено большое количество отверстий, расположенных особым образом. При прохождении через эту пластину поток волн многократно отражается, доходит до выпуклой поверхности размером 3,8 на 0,4 микрона и, отражаясь от нее, выходит наружу из пластины. При этом на обратном пути, повторно претерпевая множество отражений от поверхности вытравленных отверстий, луч света кажется стороннему наблюдателю отраженным от плоской поверхности, а не от выпуклой, под которой может быть спрятан некий предмет.

Материал Чжана выгодно отличается от материалов предшественников, прежде всего, тем, что работает в диапазоне волн длиной 1400-1800 нанометров, что очень близко к диапазону видимого света, а так же малыми габаритами и малыми потерями интенсивности света в результате многократных отражений. Авторы статьи полагают, что предложенный ими поход перспективен и для создания "материалов-невидимок", работающих в видимом диапазоне волн.