211service.com
Nematomumas palengvintas
Praėjusiais metais žiniasklaida buvo šurmuliuojama nuo kalbų apie egzotišką medžiagų klasę, vadinamą metamedžiagomis, iš kurių būtų galima gaminti plokščius ir neiškraipytus lęšius, galingus mikroskopus ir net maskavimo įrenginius, kurie padaro objektus nematomus. Tačiau buvo sunku sukurti praktiniam naudojimui tinkamas medžiagų versijas. Dabar Prinstono universiteto mokslininkai pademonstravo metamedžiagas, kurios yra veiksmingesnės ir daug lengviau pagaminamos, o tai galbūt priartina šias programas prie tikrovės.
Lenkimo šviesa: Dėl naujo tipo medžiagos šviesos bangos (pavaizduotos ovalais) juda visiškai kitaip, nei jos juda įprastose medžiagose.
Tai gana svarbus žingsnis, sako Igoris Smolyaninovas , Merilendo universiteto mokslininkas, dirbantis su metamedžiagomis. Tai daug pigiau nei bet kas kitas, ką daro žmonės.
Šviesa, pereinanti iš vienos įprastos medžiagos į kitą, šiek tiek išlinksta – pagalvokite, kaip atrodo išlenkta tiesi lazdelė vandenyje, tačiau šviesa, einanti į metamedžiagą, lenkiasi priešinga kryptimi. Taigi metamedžiagos turi vadinamąjį neigiamą lūžio rodiklį. Iš tokios medžiagos pagamintas objektyvas neturėtų būti išlenktas. (Tai įprasto objektyvo kreivumas, leidžiantis sufokusuoti gaunamą šviesą.) Metamedžiagos taip pat gali būti naudojamos elektromagnetinėms bangoms nukreipti aplink objektą, kad jis būtų nematomas. Jau dabar mokslininkai pademonstravo maskavimo įtaisą, kuris daro objektus nematomus mikrobangoms, o kiti sukūrė medžiagas, kurios neigiamai laužo elektromagnetines bangas matomoje elektromagnetinio spektro dalyje. Tačiau iki šiol metamedžiagos turėjo būti išmargintos sudėtingomis formomis, mažesnėmis už šviesos bangos ilgį, kuriuo jos turėjo manipuliuoti. Todėl buvo sunku pagaminti medžiagas, veikiančias su mikroskopinio bangos ilgio šviesa, pvz., infraraudonąją ir matomą šviesą. Dėl neigiamo lūžio būdo esamos metamedžiagos taip pat turi stiprią tendenciją sugerti šviesą, todėl jas naudoti optikoje nepraktiška.
Prinstone sukurtos medžiagos išlaiko neigiamos refrakcijos savybę, tačiau jas daug lengviau pagaminti. Užuot reikalavusios sudėtingų struktūrų, pavyzdžiui, mikrobangų pridengimo įrenginyje naudojamų suskaidytų žiedų, medžiagas galima pagaminti tiesiog sudedant itin plonus puslaidininkinės medžiagos sluoksnius. Be to, tą krovimą galima atlikti tais pačiais įrankiais, kurie dabar naudojami puslaidininkinėms medžiagoms telekomunikacijose naudojamiems lazeriams gaminti. Claire Gmachl , Prinstono tyrinėtojas, vadovavęs darbui. Naujas medžiagas sudaro kintamieji indžio galio arsenido ir aliuminio indžio arsenido sluoksniai ir jos pritaikytos veikti infraraudonųjų spindulių spektro srityje.
Kaip ir kitos metamedžiagos, naujos medžiagos veikia šviesą kitaip nei įprastos medžiagos, nes jos pagamintos iš konstrukcijų, žymiai mažesnių už pro jas praeinančios šviesos bangos ilgį. Tačiau šiuo atveju patys puslaidininkių sluoksniai yra plonesni už šviesos bangos ilgį. Todėl banga, einanti per medžiagą, vienu metu susiduria su keliais sluoksniais, reaguodama į juos taip, tarsi tai būtų viena medžiaga, kurios savybės visiškai skiriasi nuo bet kurio puslaidininkio atskirai.
Naujosios medžiagos skiriasi nuo ankstesnių metamedžiagų tuo, kad užuot pakeitusios du šviesos judėjimo aspektus, jos keičia tik vieną. Jei šviesa laikoma banga, bangos frontas yra statmenas šviesos judėjimo krypčiai. Įsivaizduokite vandenyno bangą, besiveržiančią į krantą: ji juda tik viena kryptimi, bet bangos frontas yra didžiulė vandens siena. Ankstesnės metamedžiagos keitė pro jas einančių šviesos spindulių kryptį, o bangos frontas išliko statmenas pluošto krypčiai. Naujose medžiagose šviesos spindulys keičia kryptį, tačiau bangų frontai ne, todėl susidaro įspūdis, kad jie slysta į šoną, o ne juda į priekį. (Žiūrėkite paveikslėlį žemiau.)
Kai šviesos spindulys juda per įprastą medžiagą, jis juda ta pačia kryptimi, į kurią nukreiptos šviesos bangos (viršutinė vaizdo dalis). Kai šviesos spindulys patenka į naujo tipo metamedžiagą, jis pakeičia kryptį, tačiau bangos išlieka ta pačia kryptimi ir atrodo, kad slysta į šoną (žr. apatinę vaizdo pusę). Šis vaizdas yra iš kompiuterinio modeliavimo.
Kreditas: Anthony Hoffman, Prinstono universitetas
Bendras poveikis šviesos pluošto krypčiai yra toks pat, kaip ir ankstesnėje metamedžiagoje, tačiau naujas medžiagas lengviau sukurti, jos sugeria daug mažiau šviesos, todėl yra patrauklesnės naudoti optikoje.
Pirmoji Prinstono mokslininkų kuriama programa yra plokšti lęšiai, skirti cheminių jutiklių įrenginiams – tai programa, kuriai ypač gerai tinka infraraudonųjų spindulių šviesą veikiančios medžiagos. Gmachl teigia, kad dabartinė tokių įrenginių optinė sąranka yra didelė, nes juose naudojami įprasti lęšiai. Pirmoji taikymas būtų naudoti šią medžiagą optinėms sąrankoms miniatiūrizuoti, lenktus lęšius pakeičiant plokščiais, sako ji.
Kitas ankstyvas pritaikymas gali būti naktinio matymo įrenginiuose, kurie taip pat veikia su infraraudonųjų spindulių bangų ilgiais. Žmonėms, norintiems patobulinti naktinio matymo įrenginius, tai gali būti gana įdomu, sako Smolyaninovas.