"Ko'rinmas qopqoqlar" hali ham ko'rinmas
Rochester universitetida (1) tug'ilgan "ko'rinmaslik plashlari" seriyasining eng oxirgisi tegishli optik tizimdan foydalanadi. Biroq, skeptiklar buni qandaydir illyuzionistik hiyla yoki maxsus effekt deb atashadi, bunda aqlli linzalar tizimi yorug'likni sindirib, kuzatuvchining ko'rishini aldaydi.
Buning ortida qandaydir ilg‘or matematika bor — olimlar bu ikki linzani yorug‘lik sinishi uchun ob’ektni to‘g‘ridan-to‘g‘ri ularning orqasida yashira oladigan tarzda o‘rnatishni topish uchun undan foydalanishlari kerak. Ushbu yechim nafaqat linzalarga to'g'ridan-to'g'ri qarashda ishlaydi - 15 daraja yoki boshqa burchakka etarli.
1. Rochester universitetidan "Ko'rinmas qalpoq".
U avtomobillarda nometall yoki operatsiya xonalarida ko'r dog'larni yo'q qilish uchun ishlatilishi mumkin, bu esa jarrohlarga qo'llarini ko'rish imkonini beradi. Bu haqida uzoq vahiylar seriyasining yana biri ko'rinmas texnologiyaso'nggi yillarda bizga kelgan.
2012 yilda biz Amerika Dyuk universitetidan "Ko'rinmas qalpoq" haqida eshitgan edik. Mikroto'lqinli spektrning mayda bo'lagidagi kichik silindrning ko'rinmasligi haqida faqat eng qiziquvchan odam o'qidi. Bir yil oldin Dyuk rasmiylari ba'zi doiralarda istiqbolli ko'rinishi mumkin bo'lgan sonar maxfiy texnologiyasi haqida xabar berishdi.
Afsuski, shunday bo'ldi ko'rinmaslik faqat ma'lum bir nuqtai nazardan va tor doirada, bu texnologiyadan kam foydalanishga olib keldi. 2013-yilda Dyukning tinimsiz muhandislari konstruksiyadagi mikro teshiklari bo‘lgan ichkariga joylashtirilgan ob’ektni kamuflyaj qiladigan 3D-bosma qurilmani taklif qilishdi (2). Biroq, bu to'lqinlarning cheklangan diapazonida va faqat ma'lum bir nuqtai nazardan sodir bo'ldi.
Internetda chop etilgan fotosuratlarda Kanadaning Hyperstealth kompaniyasining peshtaxtasi istiqbolli ko'rinardi, u 2012 yilda Quantum Stealth (3) qiziqarli nomi bilan reklama qilingan. Afsuski, ishlaydigan prototiplar hech qachon namoyish etilmagan va uning qanday ishlashi tushuntirilmagan. Kompaniya xavfsizlik muammolarini sabab sifatida ko'rsatmoqda va sirli ravishda mahsulotning harbiylar uchun maxfiy versiyalarini tayyorlayotgani haqida xabar beradi.
Old monitor, orqa kamera
Birinchi zamonaviyko'rinmaslik qopqog'i» O'n yil oldin yapon muhandisi Prof. Tokio universitetidan Susumu Tachi. U palto kiygan odamning orqasida joylashgan kameradan foydalangan, u ham monitor edi. Orqa kameradan olingan tasvir unga proyeksiya qilingan. Libos kiygan odam "ko'rinmas" edi. Xuddi shunday hiyla BAE Systems (4) tomonidan o'tgan o'n yillikda taqdim etilgan Adaptiv avtomobil kamuflyaj qurilmasi tomonidan qo'llaniladi.
U tank zirhlarida "orqadan" infraqizil tasvirni ko'rsatadi. Bunday mashinani ko'rish qurilmalarida oddiygina ko'rish mumkin emas. Ob'ektlarni niqoblash g'oyasi 2006 yilda shakllangan. London Imperial kollejidan Jon Pendri, Devid Shurig va Dyuk universitetidan Devid Smit Science jurnalida “transformatsiya optikasi” nazariyasini nashr etishdi va uning mikroto‘lqinlar (ko‘rinadigan yorug‘likdan ko‘ra uzunroq to‘lqin uzunliklari) holatida qanday ishlashini taqdim etishdi.
2. Uch o'lchamda chop etilgan "ko'rinmas qalpoq".
Tegishli metamateriallar yordamida elektromagnit to'lqin atrofdagi ob'ektni chetlab o'tib, hozirgi yo'liga qaytadigan tarzda egilishi mumkin. Muhitning umumiy optik reaktsiyasini tavsiflovchi parametr sinishi indeksi bo'lib, yorug'lik vakuumga qaraganda necha marta sekinroq harakatlanishini aniqlaydi. Biz uni nisbiy elektr va magnit o'tkazuvchanlik mahsulotining ildizi sifatida hisoblaymiz.
nisbiy elektr o'tkazuvchanligi; ma'lum bir moddadagi elektr o'zaro ta'sir kuchi vakuumdagi o'zaro ta'sir kuchidan necha marta kamligini aniqlaydi. Shuning uchun bu modda ichidagi elektr zaryadlarining tashqi elektr maydoniga qanchalik kuchli ta'sir qilishining o'lchovidir. Ko'pgina moddalar ijobiy o'tkazuvchanlikka ega, ya'ni modda tomonidan o'zgartirilgan maydon hali ham tashqi maydon bilan bir xil ma'noga ega.
Nisbiy magnit o'tkazuvchanlik m ma'lum bir material bilan to'ldirilgan bo'shliqda magnit maydonning bir xil tashqi magnit maydon manbai bo'lgan vakuumda mavjud bo'lgan magnit maydonga nisbatan qanday o'zgarishini aniqlaydi. Barcha tabiiy moddalar uchun nisbiy magnit o'tkazuvchanlik ijobiydir. Shisha yoki suv kabi shaffof vositalar uchun uchta miqdor ham ijobiydir.
Keyin vakuumdan yoki havodan (havo parametrlari vakuumdan bir oz farq qiladi) muhitga o'tadigan yorug'lik sinishi qonuniga muvofiq sinadi va tushish burchagi sinusining sinish burchagi sinusiga nisbati bo'ladi. bu muhit uchun sindirish ko'rsatkichiga teng. Qiymat noldan kichik; m esa muhit ichidagi elektronlar elektr yoki magnit maydon hosil qilgan kuchga teskari yo‘nalishda harakat qilishini bildiradi.
Aynan shu narsa metallarda sodir bo'ladi, ularda erkin elektron gaz o'z tebranishlarini boshdan kechiradi. Agar elektromagnit to'lqinning chastotasi elektronlarning ushbu tabiiy tebranishlarining chastotasidan oshmasa, u holda bu tebranishlar to'lqinning elektr maydonini shunchalik samarali ekranlaydiki, ular uning metallga chuqur kirib borishiga imkon bermaydi va hatto teskari yo'naltirilgan maydon hosil qiladi. tashqi maydonga.
Natijada, bunday materialning o'tkazuvchanligi salbiy. Metallga chuqur kirib bora olmagan elektromagnit nurlanish metall yuzasidan aks etadi va metallning o'zi xarakterli yorqinlikka ega bo'ladi. Agar o'tkazuvchanlikning ikkala turi ham salbiy bo'lsa-chi? Bu savol 1967 yilda rus fizigi Viktor Veselago tomonidan berilgan. Ma'lum bo'lishicha, bunday muhitning sinishi ko'rsatkichi manfiy va yorug'lik odatdagi sinishi qonunidan kelib chiqadigandan butunlay boshqacha tarzda sinadi.
5. Metamaterial yuzasida salbiy sinishi - vizualizatsiya
Keyin elektromagnit to'lqinning energiyasi oldinga o'tkaziladi, lekin elektromagnit to'lqinning maksimallari impuls shakliga va uzatilgan energiyaga teskari yo'nalishda harakat qiladi. Bunday materiallar tabiatda mavjud emas (manfiy magnit o'tkazuvchanligi bo'lgan moddalar yo'q). Faqat yuqorida aytib o'tilgan 2006 yil nashrida va keyingi yillarda yaratilgan boshqa ko'plab nashrlarda salbiy sinishi indeksiga ega bo'lgan sun'iy tuzilmalarni tasvirlash va shuning uchun qurish mumkin edi (5).
Ular metamateriallar deb ataladi. Yunoncha "meta" prefiksi "keyin" degan ma'noni anglatadi, ya'ni bu tabiiy materiallardan tayyorlangan tuzilmalar. Metamateriallar materialning magnit yoki elektr xususiyatlarini taqlid qiluvchi kichik elektr zanjirlarini qurish orqali kerakli xususiyatlarga ega bo'ladi. Ko'pgina metallar salbiy elektr o'tkazuvchanligiga ega, shuning uchun salbiy magnit javob beradigan elementlar uchun joy qoldirish kifoya.
Bir hil metall o'rniga kubik panjara shaklida tashkil etilgan juda ko'p yupqa metall simlar izolyatsiya materialining plastinkasiga biriktirilgan. Simlarning diametrini va ular orasidagi masofani o'zgartirish orqali strukturaning salbiy elektr o'tkazuvchanligiga ega bo'lgan chastota qiymatlarini sozlash mumkin. Eng oddiy holatda salbiy magnit o'tkazuvchanlikni olish uchun dizayn yaxshi o'tkazgichdan (masalan, oltin, kumush yoki mis) yasalgan va boshqa material qatlami bilan ajratilgan ikkita singan halqadan iborat.
Bunday tizim split ring rezonator deb ataladi - ingliz tilidan SRR deb qisqartiriladi. Split-ring rezonator (6). Halqalardagi bo'shliqlar va ular orasidagi masofa tufayli, u kondansatör kabi ma'lum bir sig'imga ega va halqalar o'tkazuvchan materialdan tayyorlanganligi sababli, u ham ma'lum bir indüktansa ega, ya'ni. oqimlarni hosil qilish qobiliyati.
Elektromagnit to'lqindan tashqi magnit maydonning o'zgarishi halqalarda oqim paydo bo'lishiga olib keladi va bu oqim magnit maydon hosil qiladi. Ma'lum bo'lishicha, tegishli dizayn bilan tizim tomonidan yaratilgan magnit maydon tashqi maydonga qarama-qarshi yo'naltirilgan. Bu shunday elementlarni o'z ichiga olgan materialning salbiy magnit o'tkazuvchanligiga olib keladi. Metamaterial tizimning parametrlarini o'rnatish orqali to'lqin chastotalarining juda keng diapazonida salbiy magnit javob olish mumkin.
meta-qurilish
Dizaynerlarning orzusi - ob'ekt atrofida to'lqinlar ideal tarzda oqadigan tizimni qurish (7). 2008 yilda Berkli Kaliforniya universiteti olimlari tarixda birinchi marta yorug'likni tabiiy yo'nalishiga qarama-qarshi yo'nalishda eguvchi, ko'rinadigan va yaqin infraqizil nurlar uchun salbiy sinishi indeksiga ega bo'lgan uch o'lchovli materiallarni yaratdilar. Ular kumushni magniy ftorid bilan birlashtirib, yangi metamaterial yaratdilar.
Keyin u miniatyura ignalaridan tashkil topgan matritsaga kesiladi. Salbiy sinishi hodisasi 1500 nm to'lqin uzunligida (infraqizilga yaqin) kuzatilgan. 2010 yil boshida Karlsrue texnologiya instituti xodimi Tolga Ergin va London Imperial kollejidagi hamkasblari tomonidan yaratilgan. ko'rinmas yorug'lik pardasi. Tadqiqotchilar bozorda mavjud bo'lgan materiallardan foydalanganlar.
Ular oltin plastinka ustidagi mikroskopik o'simtani qoplash uchun sirtga qo'yilgan fotonik kristallardan foydalanganlar. Shunday qilib, metamaterial maxsus linzalardan yaratilgan. Plastinkadagi tepaga qarama-qarshi bo'lgan linzalar shunday joylashganki, yorug'lik to'lqinlarining bir qismini burish orqali ular yorug'likning bo'rtiqqa tarqalishini yo'q qiladi. To'lqin uzunligi ko'rinadigan yorug'likka yaqin bo'lgan yorug'likdan foydalanib, mikroskop ostida plastinkani kuzatish orqali olimlar tekis plastinkani ko'rdilar.
Keyinchalik Dyuk universiteti va London Imperial kolleji tadqiqotchilari mikroto'lqinli nurlanishning salbiy aksini olishga muvaffaq bo'lishdi. Ushbu effektni olish uchun metamaterial strukturaning alohida elementlari yorug'lik to'lqin uzunligidan kamroq bo'lishi kerak. Shunday qilib, bu yorug'likning to'lqin uzunligiga mos keladigan juda kichik metamaterial tuzilmalarni ishlab chiqarishni talab qiladigan texnik qiyinchilik.
Ko'rinadigan yorug'lik (binafshadan qizil ranggacha) to'lqin uzunligi 380 dan 780 nanometrgacha (nanometr - metrning milliarddan biriga teng). Shotlandiyadagi Sent-Endryus universitetining nanotexnologlari yordamga keldi. Ular juda zich o'ralgan metamaterialning bir qatlamini oldilar. New Journal of Physics sahifalarida taxminan 620 nanometr (to'q sariq-qizil yorug'lik) to'lqin uzunliklarini egishga qodir bo'lgan metafleks tasvirlangan.
2012-yilda Ostindagi Texas universitetida bir guruh amerikalik tadqiqotchilar mikroto‘lqinli pechlar yordamida butunlay boshqacha nayrangni o‘ylab topishdi. 18 sm diametrli silindr salbiy impedans plazma moddasi bilan qoplangan, bu xususiyatlarni manipulyatsiya qilish imkonini beradi. Agar u yashirin ob'ektning mutlaqo qarama-qarshi optik xususiyatlariga ega bo'lsa, u o'ziga xos "salbiy" ni yaratadi.
Shunday qilib, ikkita to'lqin bir-biriga yopishadi va ob'ekt ko'rinmas holga keladi. Natijada, material to'lqinning bir nechta turli chastota diapazonlarini egishi mumkin, shunda ular ob'ekt atrofida oqadi va uning boshqa tomonida birlashadi, bu tashqi kuzatuvchiga sezilmasligi mumkin. Nazariy tushunchalar ko‘paymoqda.
Taxminan o'n oy oldin, Advanced Optical Materials Markaziy Florida universiteti olimlari tomonidan olib borilgan, ehtimol, innovatsion tadqiqot haqida maqola chop etdi. Kim biladi, ular mavjud cheklovlarni engib o'ta olmadilarmi "ko'rinmas shlyapalar» Metamateriallardan qurilgan. Ular e'lon qilgan ma'lumotlarga ko'ra, ob'ektning ko'rinadigan yorug'lik oralig'ida yo'qolishi mumkin.
7. Ko'rinmas jismga yorug'likni egishning nazariy usullari
Debashis Chanda va uning jamoasi uch o'lchamli tuzilishga ega bo'lgan metamaterialdan foydalanishni tasvirlaydi. Bu atalmish tufayli olish mumkin edi. metall-dielektrik lentalarni ishlab chiqaradigan nanotransfer bosib chiqarish (NTP). Sinishi indeksini nanoengineering usullari bilan o'zgartirish mumkin. Yorug'likning tarqalish yo'lini elektromagnit rezonans usuli yordamida materialning uch o'lchovli sirt strukturasida nazorat qilish kerak.
Olimlar o'z xulosalarida juda ehtiyotkor, ammo ularning texnologiyasini tavsiflashdan ko'rinib turibdiki, bunday materialning qoplamalari elektromagnit to'lqinlarni katta darajada chalg'itishga qodir. Bundan tashqari, yangi materialni olish usuli katta maydonlarni ishlab chiqarishga imkon beradi, bu esa ba'zilarni bunday kamuflyaj bilan qoplangan jangchilarni orzu qilishiga olib keldi, bu esa ularni ta'minlaydi. ko'rinmaslik to'liq, radardan kunduzgacha.
Metamateriallar yoki optik usullardan foydalangan holda yashirish moslamalari ob'ektlarning haqiqiy yo'qolishiga olib kelmaydi, balki ularni aniqlash vositalariga va tez orada, ehtimol, ko'zga ko'rinmasligiga olib keladi. Biroq, allaqachon radikal g'oyalar mavjud. Tayvan Milliy Tsing Hua universitetidan Jeng Yi Li va Rey-Kuang Li nafaqat ko‘rish maydonidan, balki butun voqelikdan ham ob’ektlarni olib tashlashga qodir bo‘lgan kvant “ko‘rinmaslik plashi”ning nazariy konsepsiyasini taklif qilishdi.
Bu yuqorida muhokama qilingan narsaga o'xshash ishlaydi, lekin Maksvell tenglamalari o'rniga Shredinger tenglamasidan foydalaniladi. Gap shundaki, ob'ektning ehtimollik maydoni nolga teng bo'lishi uchun cho'ziladi. Nazariy jihatdan, bu mikro miqyosda mumkin. Biroq, bunday qopqoqni ishlab chiqarishning texnologik imkoniyatlarini kutish uchun uzoq vaqt kerak bo'ladi. Har qanday kabi "ko'rinmaslik qopqog'i“Buni aytish mumkinki, u haqiqatan ham bizning fikrimizdan nimanidir yashirgan.
