Ученые из Университета Ростока (Германия) в сотрудничестве с партнерами из Венского технологического университета (Австрия) разработали новый техпроцесс, который может при необходимости сделать искусственные материалы прозрачными или даже полностью невидимыми. Об этом сообщает портал SciTechDaily. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Сделать что-то невидимым – невероятно полезная технология. Использование ее для шпионажа и военных действий очевидно, но есть и другие применения. Неудивительно, что над этим активно работают ученые и инженеры. Они уже добились значительного прогресса в использовании триоксида молибдена, метаматериалов, метаэкранов и диэлектрических материалов для создания плащей-невидимок.
Все сводится к правильному управлению светом, и что особенно замечательно, так это то, что инновации в этой области также могут значительно улучшить датчики, телекоммуникации, шифрование и многие другие технологии. Группе ученых из Университета Ростока удалось разработать совершенно новый подход к конструированию искусственных материалов, способных передавать световые сигналы без каких-либо искажений с помощью точно настроенных потоков энергии.
«Когда свет проходит через неоднородную среду, он рассеивается. Этот эффект знаком всем по летним облакам и осеннему туману», – описывает отправную точку своей команды профессор Александр Шамейт из Института физики Университета Ростока. Примечательно, что именно микроскопическое распределение плотности материала определяет специфику рассеяния. Основная идея индуцированной прозрачности состоит в том, чтобы дополнительно расчистить путь для луча.
Свойство, известное в области фотоники под загадочным названием неэрмитовости, описывает поток энергии, точнее усиление и ослабление света. Ряд сопутствующих эффекты могут показаться нежелательными – в частности, затухание светового луча из-за поглощения может стать проблемой для передачи сигнала. Тем не менее, неэрмитовые эффекты стали ключевым аспектом современной оптики, и целая область исследований стремится использовать сложное взаимодействие потерь и усиления для расширения функциональности.
Что касается луча света, то становится возможным избирательно усиливать или ослаблять определенные части луча на микроскопическом уровне, чтобы противодействовать любой зарождающейся деградации. «Мы активно модифицируем материал, чтобы адаптировать его для наилучшей передачи определенного светового сигнала. Для этого поток энергии должен точно контролироваться, чтобы он мог вписаться в материал и сигнал, как кусочки головоломки», – пояснил Андреа Штайнфурт, один из авторов исследования.
Исследователи успешно справились с этой задачей. В своих экспериментах они смогли воссоздать и наблюдать микроскопические взаимодействия световых сигналов с применением новых активных материалов в волоконно-оптических массивах километровой длины.
Фактически, индуцированная прозрачность – лишь одна из захватывающих возможностей, возникающих в результате этих открытий. Если объект действительно нужно заставить исчезнуть, предотвращения распространения света недостаточно. Вместо этого световые волны должны появляться позади него без помех. Однако даже в космическом вакууме одно только лишь явление дифракции гарантирует, что любой сигнал неизбежно изменит форму.
«Наше исследование дает рецепт структурирования материала таким образом, чтобы световые лучи проходили сквозь него, как если бы ни сам материал, ни сама область пространства, которую он занимал, не существовали. Даже вымышленные фантастами маскировочные устройства не могут этого сделать», – отметил еще один соавтор научной работы доктор Маттиас Хайнрих.
Результаты, представленные в работе немецких и австрийских ученых, представляют собой прорыв в фундаментальных исследованиях неэрмитовой фотоники и открывают новые подходы к активной доводке чувствительных оптических систем, например датчиков медицинского назначения. Другие потенциальные приложения включают оптическое шифрование и безопасную передачу данных, а также синтез универсальных искусственных материалов с заданными свойствами.