211service.com
Nematomumas – apsiaustas Proveržis
Metamedžiagos sąveikauja su šviesa taip, kad pažeidžia fizikos dėsnius. Jie gali sulenkti šviesą aplink objektą taip, lyg jo nebūtų, arba susiaurinti šviesos mikroskopų skiriamąją gebą iki kelių nanometrų. Tačiau metamedžiagos turi būti kruopščiai struktūrizuotos nano ir mikro skalėse, kad būtų pasiekti šie egzotiški efektai. Dabar Duke universiteto mokslininkas, 2006 m. sukūręs pirmąjį nematomumo apsiaustą, sukūrė programinę įrangą, kuri pagreitina metamedžiagų projektavimą. Jis ir jo kolegos panaudojo programą, kad sukurtų sudėtingą šviesos skraistę, kuri nematoma plačiam mikrobangų šviesos diapazonui – ir jie tai padarė tik per maždaug 10 dienų.
Dabar matote: Naujas prietaisas, galintis nukreipti mikrobangų spinduliuotę, yra sudarytas iš maždaug 600 I formos varinių struktūrų ir veikia plačiu spektru.
Davidas R. Smithas kunigaikščio ir Tai Jun Cui Pietryčių universiteto Nankine, Kinijoje, vadovavo darbui, kuris yra metamedžiagų srities orientyras. Tyrėjų sukurtas apsiaustas veikia su šviesos bangos ilgiais, kurių ilgis svyruoja nuo 1 iki 18 gigahercų – plotas yra toks pat platus kaip matomas spektras. Dar niekas nepadarė maskavimo įrenginio, kuris veiktų matomame spektre, o tos metamedžiagos, kurios buvo pagamintos, dažniausiai veikia tik su siauromis šviesos juostomis. Tačiau apsiaustas, dėl kurio objektas būtų nematomas tik vienos spalvos šviesai, nebūtų labai naudingas. Panašiai ir maskavimo įtaisas negali sau leisti būti nuostolingas: jei jis leidžia tik šiek tiek šviesos atsispindėti nuo objekto, kurį turėtų uždengti, jis nebeveiksmingas. Smitho sukurtas apsiaustas yra labai mažo nuostolio, sėkmingai nukreipdamas beveik visą į jį patenkančią šviesą.
Jų apsiaustas... atsako priešininkai, kurie numatė, kad apsiaustai visada bus siaurajuosčiai ir nuostolingi. Džonas Pendris , Londono imperatoriškojo koledžo teorinės kietojo kūno fizikos katedra. Pendry atliko teorinį darbą, kuriuo remiasi ir pirmasis nematomumo apsiaustas, ir naujasis jo įpėdinis. Nereikia nė sakyti, kad džiaugiuosi šiuo tobulėjimu, sako Pendry. Jis ir jo kolega Imperial College Jensenas Li dar pernai pasiūlė teorinę plačiajuosčio ryšio skraistės versiją ir tuomet, anot jo, nesitikėjo tokios greitos eksperimentinės pažangos.
Plačiajuostis apsiaustas yra stačiakampė konstrukcija, kurios matmenys apie 50 x 10 centimetrų, o aukštis apie 1 centimetras. Jį sudaro maždaug 600 I formos varinių konstrukcijų. Kiekvienos struktūros kūrimas yra paprastas dalykas, sako Smithas. Jie yra vario raštai ant plokštės, supjaustyti ir išdėstyti. Tai gerai žinoma, nebrangi technologija. Sunkiausia dalis yra nustatyti kiekvienos iš šių 600 konstrukcijų matmenis ir jų išdėstymą. Su pirmuoju lengvu apsiaustu, kuriame buvo tik 10 tokių dalių, kiekvieną elementą turėjome suprojektuoti skaitiniais modeliais, sako Smithas. To paties požiūrio taikymas sudėtingesniam apsiaustui būtų suvalgęs mėnesius.
Net fizikams ir inžinieriams matematika, susijusi su teoriniu maskavimo įtaisų projektavimu, yra labai sudėtinga, sakoma. Nikolajus Fangas , mechanikos mokslų ir inžinerijos profesorius Ilinojaus universitete Urbana-Champaign. Nustatant kiekvienos metamedžiagos struktūros dydį, formą ir orientaciją atsižvelgiama į tai, kaip medžiaga sąveikauja su šviesos magnetiniais ir elektriniais komponentais. Pendry ir Li teoriniame darbe buvo aprašyta, kaip sukurti plačiajuosčio ryšio skraistę naudojant medžiagas, sukonstruotas taip, kad jos reaguotų į šviesą elektriškai, bet ne magnetiškai. Tačiau nebuvo aišku, kaip šią idėją pritaikyti praktiškai. Pietryčių universiteto mokslininkai sukūrė naujus algoritmus, kad labai pagreitintų procesą, sako Smithas. Šie algoritmai leidžia greitai numatyti, kaip tam tikros formos struktūra sąveikaus su šviesa.
Pats apsiaustas, aprašytas šią savaitę Mokslas , yra tikrai įspūdinga, sako Fangas, dirbantis su metamedžiagomis, skirtomis itin didelės raiškos biologiniam vaizdavimui. Tačiau dar įdomiau yra tai, kad naujas požiūris į dizainą paspartins kitų metamedžiagų kūrimą. Smithas sako, kad jis ir jo grupė jau peržengė apsiaustą, apie kurį pranešta Mokslas , bet kadangi jų naujausias darbas yra neskelbtas, jis negali nurodyti, ką jie padarė. Jis sako, kad dabar [kai] tai tampa labiau įgyvendinama technologija, pradėsime pamatyti daug daugiau.
Kiti metamedžiagų panaudojimo būdai, sako Smithas, apima optinius įrenginius, kurie paima šviesos energiją ir ją koncentruoja, o ne nukreipia – konceptualiai, priešingai nei apsiaustas. Jis sako, kad galėtumėte patobulinti saulės elementus, sukurdami struktūras, padidinančias šviesos lauko stiprumą. Naujasis darbas rodo, kad tai galima padaryti per visą saulės spindulių bangų ilgių spektrą. Panašiai plačiajuosčio ryšio hiperlęšiai, kurie surenka šviesą, kurios trūksta įprastų lęšių, gali pakeisti biologinį vaizdą. Fang ir kiti sukūrė siaurajuosčius hiperlęšius, kurių skiriamoji geba yra tik keli nanometrai, todėl ląstelių molekulinis veikimas yra matomas. Plačiajuostis hiperlensas gali dirbti su visomis matomos ir infraraudonosios šviesos spalvomis.
Galutinis tikslas, sako Pendry, yra užmaskuoti matomos šviesos spektrą, o naujausias Smitho darbas rodo kelią į priekį. Pendry sako, kad nėra jokių neįveikiamų kliūčių, kad apsiaustas veiktų optiniais dažniais. Duke dokumentas priartina šį tikslą.