"Invisibility Caps" ჯერ კიდევ უხილავია

უახლესი "უხილავობის მოსასხამი" არის როჩესტერის უნივერსიტეტში დაბადებული (1), რომელიც იყენებს შესაბამის ოპტიკურ სისტემას. თუმცა, სკეპტიკოსები მას ერთგვარ ილუზიონისტურ ხრიკს ან სპეციალურ ეფექტს უწოდებენ, რომლის დროსაც ლინზების ჭკვიანი სისტემა არღვევს სინათლეს და ატყუებს დამკვირვებლის ხედვას.

ამ ყველაფრის უკან საკმაოდ მოწინავე მათემატიკა დგას - მეცნიერებმა უნდა გამოიყენონ ის, რათა იპოვონ, თუ როგორ დააყენონ ორი ლინზა ისე, რომ შუქი გადაიხადოს ისე, რომ მათ შეძლონ ობიექტის პირდაპირ უკან დამალვა. ეს ხსნარი მუშაობს არა მხოლოდ ლინზების პირდაპირ დათვალიერებისას - საკმარისია 15 გრადუსიანი ან სხვა კუთხე.

1. "უხილავი ქუდი" როჩესტერის უნივერსიტეტიდან.

ის შეიძლება გამოყენებულ იქნას მანქანებში სარკეებში ან საოპერაციო ოთახებში ბრმა ლაქების მოსაშორებლად, რაც ქირურგებს საშუალებას აძლევს დაინახონ თავიანთი ხელებით. ეს არის კიდევ ერთი ვრცელი გამოცხადების შესახებ უხილავი ტექნოლოგიარომელიც ჩვენამდე მოვიდა ბოლო წლებში.

2012 წელს უკვე გავიგეთ „უხილავობის ქუდის“ შესახებ ამერიკული დიუკის უნივერსიტეტიდან. მაშინ მხოლოდ ყველაზე ცნობისმოყვარეებმა წაიკითხეს, რომ საუბარი იყო მიკროტალღური სპექტრის პაწაწინა ფრაგმენტში პატარა ცილინდრის უხილავობაზე. ერთი წლით ადრე, დიუკის ოფიციალურმა პირებმა განაცხადეს სონარის სტელსის ტექნოლოგიაზე, რომელიც შეიძლება პერსპექტიული ჩანდეს ზოგიერთ წრეში.

სამწუხაროდ, იყო უხილავობა მხოლოდ გარკვეული თვალსაზრისით და ვიწრო მასშტაბით, რამაც ტექნოლოგია ნაკლებად გამოიყენა. 2013 წელს დიუკის დაუღალავმა ინჟინერებმა შემოგვთავაზეს 3D დაბეჭდილი მოწყობილობა, რომელიც ფარავდა შიგნით მოთავსებულ ობიექტს სტრუქტურაში მიკრო ხვრელების საშუალებით (2). თუმცა, კიდევ ერთხელ, ეს მოხდა ტალღების შეზღუდულ დიაპაზონში და მხოლოდ გარკვეული თვალსაზრისით.

ინტერნეტში გამოქვეყნებული ფოტოები პერსპექტიული ჩანდა კანადური კომპანიის Hyperstealth-ის კონცხზე, რომელიც 2012 წელს რეკლამირებული იყო Quantum Stealth-ის დამაინტრიგებელი სახელით (3). სამწუხაროდ, სამუშაო პროტოტიპები არასოდეს ყოფილა დემონსტრირებული და არც ახსნილია როგორ მუშაობს. კომპანია მიზეზად უსაფრთხოების საკითხებს ასახელებს და საიდუმლოდ იუწყება, რომ ამზადებს პროდუქტის საიდუმლო ვერსიებს სამხედროებისთვის.

წინა მონიტორი, უკანა კამერა

პირველი თანამედროვეუხილავი ქუდი» შემოიღო ათი წლის წინ იაპონელმა ინჟინერმა პროფ. სუსუმუ ტაჩი ტოკიოს უნივერსიტეტიდან. მან გამოიყენა კამერა, რომელიც განთავსებული იყო მამაკაცის უკან, რომელსაც ეცვა ქურთუკი, რომელიც ასევე მონიტორი იყო. გამოსახულება უკანა კამერიდან იყო დაპროექტებული მასზე. მოსასხამიანი კაცი „უჩინარი“ იყო. ანალოგიურ ხრიკს იყენებს BAE Systems-ის მიერ წინა ათწლეულში შემოღებული Adaptiv ავტომობილის შენიღბვის მოწყობილობა (4).

ის აჩვენებს ინფრაწითელ გამოსახულებას "უკნიდან" ტანკის ჯავშანტექნიკაზე. ასეთი მანქანა უბრალოდ არ ჩანს სანახავ მოწყობილობებში. ობიექტების დაფარვის იდეა ჩამოყალიბდა 2006 წელს. ლონდონის საიმპერატორო კოლეჯის ჯონ პენდრიმ, დევიდ შურიგმა და დიუკის უნივერსიტეტის დევიდ სმიტმა გამოაქვეყნეს "ტრანსფორმაციის ოპტიკის" თეორია ჟურნალში Science და წარმოადგინეს, თუ როგორ მუშაობს იგი მიკროტალღების შემთხვევაში (ხილულ სინათლეზე გრძელი ტალღის სიგრძე).

2. სამგანზომილებიანად დაბეჭდილი „უხილავი ქუდი“.

შესაბამისი მეტამასალის დახმარებით ელექტრომაგნიტური ტალღა შეიძლება დაიღუნოს ისე, რომ გვერდის ავლით მიმდებარე ობიექტი და დაუბრუნდეს მის მიმდინარე გზას. გარემოს ზოგადი ოპტიკური რეაქციის დამახასიათებელი პარამეტრია რეფრაქციული ინდექსი, რომელიც განსაზღვრავს რამდენჯერ ნელა მოძრაობს სინათლე ამ გარემოში, ვიდრე ვაკუუმში. ჩვენ ვიანგარიშებთ მას, როგორც ფარდობითი ელექტრული და მაგნიტური გამტარიანობის პროდუქტის ფესვს.

შედარებითი ელექტრული გამტარიანობა; განსაზღვრავს რამდენჯერ ნაკლებია ელექტრული ურთიერთქმედების ძალა მოცემულ ნივთიერებაში ვაკუუმში ურთიერთქმედების ძალაზე. მაშასადამე, ეს არის საზომი იმისა, თუ რამდენად ძლიერად რეაგირებს ნივთიერების ელექტრული მუხტები გარე ელექტრულ ველზე. ნივთიერებების უმეტესობას აქვს დადებითი გამშვებობა, რაც ნიშნავს, რომ ნივთიერების მიერ შეცვლილ ველს იგივე მნიშვნელობა აქვს, რაც გარე ველს.

ფარდობითი მაგნიტური გამტარიანობა m განსაზღვრავს, თუ როგორ იცვლება მაგნიტური ველი მოცემული მასალით სავსე სივრცეში, იმ მაგნიტურ ველთან შედარებით, რომელიც იარსებებს ვაკუუმში იმავე გარე მაგნიტური ველის წყაროსთან. ყველა ბუნებრივად წარმოქმნილი ნივთიერებისთვის შედარებითი მაგნიტური გამტარიანობა დადებითია. გამჭვირვალე მედიისთვის, როგორიცაა მინა ან წყალი, სამივე რაოდენობა დადებითია.

შემდეგ სინათლე, რომელიც გადადის ვაკუუმიდან ან ჰაერიდან (ჰაერის პარამეტრები მხოლოდ ოდნავ განსხვავდება ვაკუუმისგან) გარემოში, ირღვევა გარდატეხის კანონის მიხედვით და დაცემის კუთხის სინუსის შეფარდება გარდატეხის კუთხის სინუსთან არის ამ საშუალების გარდატეხის ინდექსის ტოლია. მნიშვნელობა ნულზე ნაკლებია; და m ნიშნავს, რომ ელექტრონები გარემოში მოძრაობენ ელექტრული ან მაგნიტური ველის მიერ შექმნილი ძალის საპირისპირო მიმართულებით.

ეს არის ზუსტად ის, რაც ხდება მეტალებში, რომლებშიც თავისუფალი ელექტრონული გაზი განიცდის საკუთარ რხევებს. თუ ელექტრომაგნიტური ტალღის სიხშირე არ აღემატება ელექტრონების ამ ბუნებრივი რხევების სიხშირეს, მაშინ ეს რხევები ისე ეფექტურად აშუქებს ტალღის ელექტრულ ველს, რომ არ აძლევს მას მეტალში ღრმად შეღწევის საშუალებას და საპირისპიროდ მიმართულ ველსაც კი ქმნის. გარე ველისკენ.

შედეგად, ასეთი მასალის ნებართვა უარყოფითია. მეტალში ღრმად შეღწევის გარეშე, ელექტრომაგნიტური გამოსხივება აირეკლება ლითონის ზედაპირიდან და თავად ლითონი იძენს დამახასიათებელ ბზინვარებას. რა მოხდება, თუ ორივე ტიპის ნებართვა უარყოფითი იყო? ეს კითხვა 1967 წელს დასვა რუსმა ფიზიკოსმა ვიქტორ ვესელაგომ. გამოდის, რომ ასეთი გარემოს გარდატეხის ინდექსი უარყოფითია და სინათლე ირღვევა სრულიად განსხვავებული გზით, ვიდრე ეს გარდატეხის ჩვეულებრივი კანონიდან გამომდინარეობს.

5. ნეგატიური რეფრაქცია მეტამასალის ზედაპირზე - ვიზუალიზაცია

შემდეგ ელექტრომაგნიტური ტალღის ენერგია გადადის წინ, მაგრამ ელექტრომაგნიტური ტალღის მაქსიმუმი მოძრაობს იმპულსის ფორმისა და გადაცემული ენერგიის საპირისპირო მიმართულებით. ასეთი მასალები ბუნებაში არ არსებობს (არ არსებობს უარყოფითი მაგნიტური გამტარიანობის მქონე ნივთიერებები). მხოლოდ ზემოთ ნახსენებ 2006 წლის პუბლიკაციაში და შემდგომ წლებში შექმნილ ბევრ სხვა პუბლიკაციაში შესაძლებელი გახდა უარყოფითი რეფრაქციული ინდექსის მქონე ხელოვნური სტრუქტურების აღწერა და აშენება (5).

მათ მეტამასალებს უწოდებენ. ბერძნული პრეფიქსი "მეტა" ნიშნავს "შემდეგ", ანუ ეს არის ბუნებრივი მასალისგან დამზადებული სტრუქტურები. მეტამასალები იძენენ მათ საჭირო თვისებებს პაწაწინა ელექტრული სქემების აგებით, რომლებიც მიბაძავს მასალის მაგნიტურ ან ელექტრულ თვისებებს. ბევრ ლითონს აქვს უარყოფითი ელექტრული გამტარიანობა, ამიტომ საკმარისია ოთახის დატოვება იმ ელემენტებისთვის, რომლებიც უარყოფით მაგნიტურ პასუხს იძლევიან.

ერთგვაროვანი ლითონის ნაცვლად, საიზოლაციო მასალის ფირფიტაზე მიმაგრებულია კუბური ბადის სახით განლაგებული ბევრი თხელი ლითონის მავთული. მავთულის დიამეტრისა და მათ შორის მანძილის შეცვლით შესაძლებელია სიხშირის მნიშვნელობების რეგულირება, რომლებზეც სტრუქტურას ექნება უარყოფითი ელექტრული გამტარიანობა. უარყოფითი მაგნიტური გამტარიანობის მისაღებად უმარტივეს შემთხვევაში, დიზაინი შედგება ორი გატეხილი რგოლისგან, რომლებიც დამზადებულია კარგი გამტარისგან (მაგალითად, ოქრო, ვერცხლი ან სპილენძი) და გამოყოფილია სხვა მასალის ფენით.

ასეთ სისტემას ეწოდება გაყოფილი რგოლის რეზონატორი - შემოკლებით SRR, ინგლისურიდან. გაყოფილი რგოლის რეზონატორი (6). რგოლებში არსებული ხარვეზებისა და მათ შორის მანძილის გამო, მას აქვს გარკვეული ტევადობა, როგორც კონდენსატორი და რადგან რგოლები დამზადებულია გამტარი მასალისგან, მას ასევე აქვს გარკვეული ინდუქციურობა, ე.ი. დენების წარმოქმნის უნარი.

ელექტრომაგნიტური ტალღისგან გარე მაგნიტური ველის ცვლილებები იწვევს დენს რგოლებში და ეს დენი ქმნის მაგნიტურ ველს. გამოდის, რომ შესაბამისი დიზაინით, სისტემის მიერ შექმნილი მაგნიტური ველი მიმართულია გარე ველის საპირისპიროდ. ეს იწვევს ასეთი ელემენტების შემცველი მასალის უარყოფით მაგნიტურ გამტარიანობას. მეტამატერიალური სისტემის პარამეტრების დაყენებით, შეიძლება მივიღოთ უარყოფითი მაგნიტური პასუხი ტალღის სიხშირეების საკმაოდ ფართო დიაპაზონში.

მეტა - შენობა

დიზაინერების ოცნებაა შექმნან სისტემა, რომელშიც ტალღები იდეალურად მოედინება ობიექტის გარშემო (7). 2008 წელს ბერკლის კალიფორნიის უნივერსიტეტის მეცნიერებმა ისტორიაში პირველად შექმნეს სამგანზომილებიანი მასალები, რომლებსაც აქვთ უარყოფითი გარდატეხის ინდექსი ხილული და ახლო ინფრაწითელი სინათლისთვის, აბრუნებენ შუქს მისი ბუნებრივი მიმართულების საპირისპირო მიმართულებით. მათ შექმნეს ახალი მეტამასალა ვერცხლის მაგნიუმის ფტორიდის შერწყმით.

შემდეგ იგი იჭრება მატრიცაში, რომელიც შედგება მინიატურული ნემსებისგან. უარყოფითი რეფრაქციის ფენომენი დაფიქსირდა 1500 ნმ ტალღის სიგრძეზე (ინფრაწითელთან ახლოს). 2010 წლის დასაწყისში კარლსრუეს ტექნოლოგიური ინსტიტუტის ტოლგა ერგინი და ლონდონის საიმპერატორო კოლეჯის კოლეგებმა შექმნეს უხილავი მსუბუქი ფარდა. მკვლევარებმა გამოიყენეს ბაზარზე არსებული მასალები.

მათ გამოიყენეს ზედაპირზე დადებული ფოტონიკური კრისტალები, რათა დაფარონ მიკროსკოპული პროტრუზია ოქროს ფირფიტაზე. ასე რომ, მეტამასალა შეიქმნა სპეციალური ლინზებისგან. ფირფიტაზე კეხის მოპირდაპირე ლინზები განლაგებულია ისე, რომ სინათლის ტალღების ნაწილის გადახრით ისინი აღმოფხვრის შუქის გაფანტვას გამობურცულზე. ფირფიტაზე მიკროსკოპის ქვეშ დაკვირვებით, ხილულ სინათლესთან ახლოს ტალღის სიგრძის სინათლის გამოყენებით, მეცნიერებმა ბრტყელი ფირფიტა დაინახეს.

მოგვიანებით, დიუკის უნივერსიტეტისა და ლონდონის იმპერიული კოლეჯის მკვლევარებმა შეძლეს მიკროტალღური გამოსხივების უარყოფითი ასახვის მიღება. ამ ეფექტის მისაღებად, მეტამატერიალური სტრუქტურის ცალკეული ელემენტები უნდა იყოს სინათლის ტალღის სიგრძეზე ნაკლები. ასე რომ, ეს არის ტექნიკური გამოწვევა, რომელიც მოითხოვს ძალიან მცირე მეტამატერიალური სტრუქტურების წარმოებას, რომლებიც ემთხვევა სინათლის ტალღის სიგრძეს, რომელიც მათ უნდა გადაიხადონ.

ხილულ სინათლეს (იისფერი წითელიდან) აქვს ტალღის სიგრძე 380-დან 780 ნანომეტრამდე (ნანომეტრი არის მეტრის მემილიარდედი). სამაშველოში შოტლანდიის სენტ-ენდრიუსის უნივერსიტეტის ნანოტექნოლოგები მივიდნენ. მათ მიიღეს უკიდურესად მჭიდროდ დაბურული მეტამასალის ერთი ფენა. ფიზიკის ახალი ჟურნალის გვერდებზე აღწერილია მეტაფლექსი, რომელსაც შეუძლია 620 ნანომეტრის ტალღის სიგრძის მოხვევა (ნარინჯისფერ-წითელი შუქი).

2012 წელს ოსტინის ტეხასის უნივერსიტეტის ამერიკელმა მკვლევართა ჯგუფმა მიკროტალღების გამოყენებით სრულიად განსხვავებული ხრიკი მოიფიქრა. 18 სმ დიამეტრის ცილინდრი დაფარული იყო უარყოფითი წინაღობის პლაზმური მასალით, რაც თვისებებით მანიპულირების საშუალებას იძლევა. თუ მას ფარული ობიექტის ზუსტად საპირისპირო ოპტიკური თვისებები აქვს, ის ერთგვარ „ნეგატივს“ ქმნის.

ამრიგად, ორი ტალღა ერთმანეთს ემთხვევა და ობიექტი უხილავი ხდება. შედეგად, მასალას შეუძლია ტალღის რამდენიმე სხვადასხვა სიხშირის დიაპაზონი მოახლოს ისე, რომ ისინი მიედინება ობიექტის ირგვლივ, გადაიყრება მის მეორე მხარეს, რაც შეიძლება არ იყოს შესამჩნევი გარე დამკვირვებლისთვის. თეორიული ცნებები მრავლდება.

დაახლოებით ათი თვის წინ Advanced Optical Materials-მა გამოაქვეყნა სტატია ცენტრალური ფლორიდის უნივერსიტეტის მეცნიერების შესაძლო ინოვაციური კვლევის შესახებ. ვინ იცის, ვერ გადალახეს თუ არა არსებული შეზღუდვები“უხილავი ქუდები» აგებულია მეტამასალებიდან. მათ მიერ გამოქვეყნებული ინფორმაციის მიხედვით, ობიექტის გაქრობა ხილული სინათლის დიაპაზონში შესაძლებელია.

7. უხილავ საგანზე სინათლის მოხრის თეორიული გზები

Debashis Chanda და მისი გუნდი აღწერს მეტამასალის გამოყენებას სამგანზომილებიანი სტრუქტურით. მისი მიღება შესაძლებელი გახდა ე.წ. ნანოტრანსფერული ბეჭდვა (NTP), რომელიც აწარმოებს ლითონის დიელექტრიკულ ფირებს. რეფრაქციული ინდექსი შეიძლება შეიცვალოს ნანოინჟინერიის მეთოდებით. სინათლის გავრცელების გზა უნდა კონტროლდებოდეს მასალის სამგანზომილებიანი ზედაპირის სტრუქტურაში ელექტრომაგნიტური რეზონანსის მეთოდით.

მეცნიერები ძალიან ფრთხილები არიან თავიანთ დასკვნებში, მაგრამ მათი ტექნოლოგიის აღწერიდან საკმაოდ ნათელია, რომ ასეთი მასალის საფარებს შეუძლიათ ელექტრომაგნიტური ტალღების დიდწილად გადახრა. გარდა ამისა, ახალი მასალის მოპოვების გზა იძლევა დიდი ტერიტორიების წარმოების საშუალებას, რამაც აიძულა ზოგიერთმა იოცნებოს ისეთი შენიღბვით დაფარული მებრძოლების შესახებ, რომლებიც მათ უზრუნველყოფდნენ. უხილავობა სრული, რადარიდან დღის შუქამდე.

დამალვის მოწყობილობები, რომლებიც იყენებენ მეტამასალას ან ოპტიკურ ტექნიკას, არ იწვევს ობიექტების რეალურ გაქრობას, არამედ მხოლოდ მათ უხილავობას აღმოჩენის ხელსაწყოებისთვის და მალე, შესაძლოა, თვალისთვის. თუმცა, უკვე არსებობს უფრო რადიკალური იდეები. ჯენგ ი ლიმ და რეი-კუანგ ლიმ ტაივანის ეროვნული ცინგ ჰუას უნივერსიტეტიდან შემოგვთავაზეს თეორიული კონცეფცია კვანტური „უხილავობის სამოსის“ შესახებ, რომელსაც შეუძლია ობიექტების ამოღება არა მხოლოდ ხედვის ველიდან, არამედ მთლიანად რეალობისგან.

ეს იმუშავებს ისე, როგორც ზემოთ იყო განხილული, მაგრამ შრედინგერის განტოლება გამოყენებული იქნება მაქსველის განტოლებების ნაცვლად. საქმე იმაშია, რომ ობიექტის ალბათობის ველი გავწელოთ ისე, რომ ის ნულის ტოლი იყოს. თეორიულად, ეს შესაძლებელია მიკროსკალაზე. თუმცა, ასეთი საფარის დამზადების ტექნოლოგიურ შესაძლებლობებს დიდი დრო დასჭირდება. როგორც ნებისმიერი "უხილავი ქუდი„რაც შეიძლება ითქვას, რომ ის მართლაც რაღაცას მალავდა ჩვენს თვალს.