"Сарпӯшҳои ноаён" ҳанӯз ноаёнанд

Охирин дар силсилаи "пиллаҳои ноаён" онест, ки дар Донишгоҳи Рочестер таваллуд шудааст (1), ки системаи оптикии мувофиқро истифода мебарад. Бо вуҷуди ин, скептикҳо онро як навъ ҳиллаи иллюзионистӣ ё эффекти махсус меноманд, ки дар он системаи линзаи оқилона нурро шикаста, биниши нозирро фиреб медиҳад.

Дар паси ин ҳама як математикаи хеле пешрафта вуҷуд дорад - олимон бояд онро истифода баранд, то чӣ гуна сохтани ду линзаро пайдо кунанд, то рӯшноӣ тавре шикаста шавад, ки онҳо объектро бевосита дар паси онҳо пинҳон кунанд. Ин ҳалли на танҳо ҳангоми дидани бевосита ба линзаҳо кор мекунад - кунҷи 15 дараҷа ё дигар кифоя аст.

1. «Капи ноаён» аз Донишгоҳи Рочестер.

Онро дар мошинҳо барои бартараф кардани доғҳои нобино дар оинаҳо ё утоқҳои ҷарроҳӣ истифода бурдан мумкин аст, ки ба ҷарроҳон имкон медиҳад, ки тавассути дастҳои худ бубинанд. Ин дигаре дар як силсилаи тӯлонии ваҳйҳо дар бораи он аст технологияи ноаёнки дар солхои охир ба мо омадаанд.

Дар соли 2012 мо аллакай дар бораи "Капи ноаён" аз Донишгоҳи Дюки Амрико шунида будем. Он вақт танҳо пурҷӯшу хурӯш хонданд, ки сухан дар бораи ноаён будани силиндраи хурд дар як порчаи ночизи спектри печи печӣ меравад. Як сол пеш, мансабдорони Дюк дар бораи технологияи пинҳонии сонар гузориш доданд, ки шояд дар баъзе доираҳо умедбахш ба назар расад.

Мутаассифона, чунин буд ноаёнӣ танхо аз нуктаи назари муайян ва дар доираи танг, ки технологияро кам истифода мебурд. Дар соли 2013, муҳандисони хастагӣ дар Дюк як дастгоҳи чопшудаи 3D-ро пешниҳод карданд, ки объекти дар дохили он ҷойгиршударо бо сӯрохиҳои хурд дар сохтор пинҳон мекунад (2). Аммо, боз, ин дар доираи маҳдуди мавҷҳо ва танҳо аз нуқтаи назари муайян рӯй дод.

Дар аксҳое, ки дар Интернет нашр шудаанд, каппаи ширкати канадагии Hyperstealth умедбахш ба назар мерасид, ки соли 2012 бо номи ҷолиби Quantum Stealth таблиғ шуда буд (3). Мутаассифона, прототипҳои корӣ ҳеҷ гоҳ намоиш дода нашудаанд ва чӣ тавр кор кардани он шарҳ дода нашудааст. Ширкат мушкилоти амниятро сабаб нишон медиҳад ва ба таври махфӣ хабар медиҳад, ки версияҳои махфии маҳсулотро барои артиш омода мекунад.

Монитор пеши, камераи пушти

Аввалин замонавӣcap ноаёнй» Даҳ сол пеш аз ҷониби муҳандиси ҷопонӣ проф. Сусуму Тачи аз Донишгоҳи Токио. Вай камераеро истифода бурд, ки дар паси марде, ки дар тан курта дошт, ки монитор низ буд. Тасвири камераи қафо ба он интиқол дода шуд. Марди чодарпуш «ноаён» буд. Як ҳиллаи шабеҳро дастгоҳи камуфляжи автомобилии Adaptiv истифода мебарад, ки дар даҳсолаи пеш аз ҷониби BAE Systems муаррифӣ шуда буд (4).

Он дар зиреҳи танк тасвири инфрасурхро "аз пас" нишон медиҳад. Чунин мошинро дар дастгоҳҳои диданӣ дида намешавад. Идеяи ниқоб кардани объектҳо дар соли 2006 ташаккул ёфт. Ҷон Пендри аз Коллеҷи Империалии Лондон, Дэвид Шуриг ва Дэвид Смит аз Донишгоҳи Дюк дар маҷаллаи Science назарияи "оптикаи тағирёбанда"-ро нашр карданд ва чӣ гуна кор кардани онро дар мавриди микромавҷҳо (дарозии мавҷҳои дарозтар аз нури намоён) муаррифӣ карданд.

2. Сарпӯши ноаёнӣ дар се андоза чоп шудааст.

Бо ёрии метаматериалхои мувофик мавчи электромагнитиро тавре хам кардан мумкин аст, ки объекти атрофро давр зада, ба рохи хозираи худ баргардад. Параметре, ки реаксияи умумии оптикии муҳитро тавсиф мекунад, нишондиҳандаи шикаста мебошад, ки муайян мекунад, ки рӯшноӣ дар ин муҳит назар ба вакуум чанд маротиба сусттар ҳаракат мекунад. Мо онро ҳамчун решаи ҳосили гузариши нисбии барқӣ ва магнитӣ ҳисоб мекунем.

гузариши нисбии барқ; муайян мекунад, ки қувваи мутақобилаи электрикӣ дар моддаи додашуда аз қувваи мутақобила дар вакуум чанд маротиба камтар аст. Аз ин рӯ, ин ченакест, ки зарядҳои электрикии дохили модда ба майдони электрикии беруна то чӣ андоза сахт ҷавоб медиҳанд. Аксари моддаҳо гузариши мусбӣ доранд, яъне майдони аз ҷониби модда тағирёфта ҳамчун майдони беруна ҳамон маъно дорад.

Гузариши магнитии нисбии m муайян мекунад, ки чӣ гуна майдони магнитӣ дар фазои пур аз маводи додашуда дар муқоиса бо майдони магнитие, ки дар вакуум бо ҳамон як манбаи майдони магнитии беруна вуҷуд дорад, чӣ гуна тағир меёбад. Барои ҳама моддаҳои табиатан гузариши магнитии нисбӣ мусбат аст. Барои васоити шаффоф ба монанди шиша ё об, ҳар се миқдор мусбатанд.

Пас нуре, ки аз вакуум ё ҳаво (параметрҳои ҳаво аз вакуум каме фарқ мекунад) ба муҳити атроф мегузарад, мувофиқи қонуни шикастан шикаста мешавад ва таносуби синуси кунҷи фаромадан ба синуси кунҷи шикаста мешавад. ба шохиси шикастани ин мухит баробар аст. Қимат аз сифр камтар аст; ва m маънои онро дорад, ки электронҳои дар дохили муҳити атроф ба самти муқобил ба қуввае, ки майдони электрикӣ ё магнитӣ ба вуҷуд меорад, ҳаракат мекунанд.

Маҳз ҳамин чиз дар металлҳо рӯй медиҳад, ки дар он гази электронии озод ба ларзишҳои худ дучор мешавад. Агар басомади мавҷи электромагнитӣ аз басомади ин ларзишҳои табиии электронҳо зиёд набошад, он гоҳ ин ларзишҳо майдони электрикии мавҷро чунон самаранок экран мекунанд, ки онҳо намегузоранд, ки он ба металл чуқур ворид шавад ва ҳатто майдони муқобил равона карда шавад. ба майдони беруна.

Дар натиҷа, имконнопазирии чунин мавод манфӣ аст. Шуохои электромагнитй ба металл чукур даромада наметавонанд, аз сатхи металл инъикос меёбанд ва худи металл дурахши характернок пайдо мекунад. Чӣ мешавад, агар ҳарду намуди гузаранда манфӣ бошад? Ин саволро соли 1967 физики рус Виктор Веселаго дода буд. Маълум мешавад, ки шохиси шикастани ин гуна муњит манфї буда, рўшної аз ќонуни муќаррарии шикаста ба таври куллї дигар шикаста мешавад.

5. Рефраксияи манфї дар сатњи метаматериал - визуализатсия

Сипас энергияи мавҷи электромагнитӣ ба пеш интиқол дода мешавад, аммо максимумҳои мавҷи электромагнитӣ ба самти муқобил ба шакли импулс ва энергияи интиқолшуда ҳаракат мекунанд. Чунин мавод дар табиат вуҷуд надоранд (моддаҳои гузариши магнитии манфӣ вуҷуд надоранд). Танҳо дар нашрияи соли 2006, ки дар боло зикр гардид ва дар бисёре аз нашрияҳои дигаре, ки дар солҳои минбаъда эҷод шудаанд, метавон тавсиф кард ва аз ин рӯ, сохторҳои сунъиро бо нишондиҳандаи манфии шикаста (5) сохт.

Онҳоро метаматериалҳо меноманд. Префикси юнонии "мета" маънои "пас", яъне сохторҳое мебошанд, ки аз маводи табиӣ сохта шудаанд. Метаматериалҳо хосиятҳои заруриро тавассути сохтани схемаҳои хурди электрикӣ, ки хосиятҳои магнитӣ ё электрикии маводро тақлид мекунанд, ба даст меоранд. Бисёр металлҳо гузариши манфии электрикӣ доранд, бинобар ин барои элементҳое, ки посухи манфии магнитӣ медиҳанд, ҷой гузоштан кифоя аст.

Ба чои металли якхела ба пластинкаи масолехи изоляционй бисьёр симхои тунуки металлй, ки дар шакли сети мукааб чойгир шудаанд, часпонида мешаванд. Бо тағир додани диаметри ноқилҳо ва масофаи байни онҳо, метавон арзишҳои басомадро танзим кард, ки дар он сохтор гузариши манфии барқ ​​​​дорад. Барои ба даст овардани гузариши манфии магнитӣ дар соддатарин, тарҳ аз ду ҳалқаи шикаста иборат аст, ки аз ноқилҳои хуб (масалан, тилло, нуқра ё мис) сохта шуда, бо қабати маводи дигар ҷудо карда шудаанд.

Чунин система резонатори ҳалқаи тақсим номида мешавад - ихтисоршуда ҳамчун SRR, аз забони англисӣ. Резонатори ҳалқаи тақсимшуда (6). Аз сабаби холигии ҳалқаҳо ва масофаи байни онҳо, он дорои иқтидори муайян, ба монанди конденсатор ва азбаски ҳалқаҳо аз маводи ноқилӣ сохта шудаанд, индуктивии муайян низ дорад, яъне. қобилияти тавлиди ҷараёнҳо.

Тағйирёбии майдони магнитии беруна аз мавҷи электромагнитӣ боиси ҷорӣ шудани ҷараён дар ҳалқаҳо мегардад ва ин ҷараён майдони магнитиро ба вуҷуд меорад. Маълум мешавад, ки бо тарҳи мувофиқ майдони магнитие, ки система ба вуҷуд меорад, ба муқобили майдони беруна нигаронида шудааст. Ин ба гузариши манфии магнитии маводе, ки чунин элемент дорад, оварда мерасонад. Бо гузоштани параметрҳои системаи метаматериалӣ, дар доираи хеле васеи басомадҳои мавҷҳо аксуламали манфии магнитиро ба даст овардан мумкин аст.

мета-сохт

Орзуи тарроҳон сохтани системаест, ки дар он мавҷҳо ба таври идеалӣ дар атрофи объект ҷорӣ мешаванд (7). Соли 2008 олимони Донишгоҳи Калифорнияи Беркли бори нахуст дар таърих маводи сеченакаеро офариданд, ки нишондиҳандаи рефраксияи манфии нури намоён ва наздики инфрасурх доранд ва нурро ба самти муқобили самти табииаш хам мекунанд. Онҳо бо роҳи омезиши нуқра бо фториди магний метаматериали нав сохтанд.

Пас аз он ба матритсае, ки аз сӯзанҳои миниётура иборат аст, бурида мешавад. Ҳодисаи рефраксияи манфӣ дар дарозии мавҷҳои 1500 нм (наздикии инфрасурх) мушоҳида шудааст. Дар аввали соли 2010, Толга Эргин аз Донишкадаи технологии Карлсруэ ва ҳамкорони Коллеҷи Империалии Лондон ноаён пардаи нур. Муҳаққиқон маводеро, ки дар бозор мавҷуданд, истифода карданд.

Онҳо кристаллҳои фотоникӣ, ки дар рӯи рӯи замин гузошта шуда буданд, барои пӯшидани баромади микроскопӣ дар лавҳаи тиллоӣ истифода бурданд. Ҳамин тавр, метаматериал аз линзаҳои махсус сохта шудааст. Линзахое, ки дар ру ба руи кулба чойгиранд, тавре чойгир шудаанд, ки бо рохи ба кафо кашидани як кисми мавчхои рушнои пахншавии нурро дар болои тахта бартараф мекунанд. Олимон бо мушоҳидаи лавҳа дар зери микроскоп, бо истифода аз нур бо дарозии мавҷ ба нури намоён, олимон як табақи ҳамворро диданд.

Баъдтар муҳаққиқони Донишгоҳи Дюк ва Коллеҷи Империалии Лондон тавонистанд инъикоси манфии радиатсияи микроволновкаро ба даст оранд. Барои ба даст овардани ин эффект, унсурҳои алоҳидаи сохтори метаматериалӣ бояд аз дарозии мавҷи нур камтар бошанд. Ҳамин тавр, ин як мушкили техникӣ аст, ки истеҳсоли сохторҳои хеле хурди метаматериалиро талаб мекунад, ки ба дарозии мавҷи нури онҳо мувофиқат мекунанд.

Нури намоён (ранг то сурх) дорои дарозии мавҷ аз 380 то 780 нанометр аст (нанометр як миллиарду як метр аст). Нанотехнологҳои Донишгоҳи Сент-Эндрюс Шотландия ба кӯмак омаданд. Онҳо як қабати метаматериалҳои хеле зичро гирифтанд. Саҳифаҳои маҷаллаи нави физика як метафлексро тавсиф мекунанд, ки қодир ба хам кардани дарозии мавҷҳои тақрибан 620 нанометр (нури норанҷӣ-сурх) мебошад.

Дар соли 2012 як гурӯҳи муҳаққиқони амрикоӣ дар Донишгоҳи Техас дар Остин бо истифода аз микроволнҳо як ҳиллаи комилан дигарро пайдо карданд. Цилиндраи диаметраш 18 см бо маводи плазмаи импеданси манфӣ пӯшонида шуд, ки имкон медиҳад, ки хосиятҳоро идора кунад. Агар он дорои хосиятҳои оптикии комилан муқобили объекти пинҳоншуда бошад, он як навъ «манфӣ»-ро ба вуҷуд меорад.

Ҳамин тариқ, ду мавҷ ба ҳам мепайвандад ва объект ноаён мегардад. Дар натиҷа, мавод метавонад якчанд диапазонҳои гуногуни басомади мавҷро хам кунад, то онҳо дар атрофи объект ҷорӣ шуда, дар тарафи дигари он ба ҳам наздик шаванд, ки барои нозири беруна мушоҳида намешавад. Мафхумхои назариявй зиёд мешаванд.

Тақрибан даҳҳо моҳ пеш Advanced Optical Materials мақолаеро дар бораи таҳқиқоти эҳтимолан бунёдкоронаи олимони Донишгоҳи марказии Флорида нашр кард. Кӣ медонад, ки оё онҳо натавонистанд маҳдудиятҳои мавҷударо бартараф кунанд "кулоҳҳои ноаён» Аз метаматериалхо сохта шудааст. Тибқи маълумоте, ки онҳо нашр кардаанд, нопадид шудани ашё дар доираи нури намоён имконпазир аст.

7. Роҳҳои назариявии хам кардани нур ба ашёи ноаён

Дебашис Чанда ва дастаи ӯ истифодаи метаматериалро бо сохтори сеченака тавсиф мекунанд. Ба шарофати ба ном ба даст овардан муяссар гардид. Нанотрансфер чоп (NTP), ки лентаҳои металлӣ-диэлектрикӣ истеҳсол мекунад. Нишондиҳандаи рефраксияро бо усулҳои наномуҳандисӣ тағир додан мумкин аст. Роҳи паҳншавии рӯшноӣ бояд дар сохтори сатҳи сеченакаи мавод бо истифода аз усули резонанси электромагнитӣ назорат карда шавад.

Олимон дар хулосахои худ хеле эхтиёткоранд, вале аз тавсифи технологияи онхо комилан равшан маълум мешавад, ки руйпушхои ин гуна материалхо мавчхои электромагнитиро ба андозаи зиёд инкишоф дода метавонанд. Илова бар ин, тарзи ба даст овардани маводи нав имкон медиҳад, ки майдонҳои калон истеҳсол карда шаванд, ки баъзеҳо орзу мекарданд, ки ҷанговароне, ки бо чунин камуфляж пӯшидаанд, ки онҳоро таъмин кунанд. ноаёнӣ пурра, аз радар то равшании руз.

Таҷҳизоти пинҳонкунӣ бо истифода аз метаматериалҳо ё усулҳои оптикӣ боиси нопадидшавии воқеии объектҳо нестанд, балки танҳо ноаёни онҳо ба асбобҳои ошкор ва ба зудӣ, шояд ба чашм. Бо вуҷуди ин, аллакай ақидаҳои радикалии бештар вуҷуд доранд. Ҷенг Йи Ли ва Рай-Куанг Ли аз Донишгоҳи Миллии Тайван Тсин Хуа консепсияи назариявии «сарпӯши ноаён»-и квантиро пешниҳод карданд, ки метавонад объектҳоро на танҳо аз майдони назар, балки аз воқеият дар маҷмӯъ дур кунад.

Ин ба он чизе, ки дар боло баррасӣ шуд, кор хоҳад кард, аммо ба ҷои муодилаҳои Максвелл муодилаи Шредингер истифода мешавад. Мақсад он аст, ки майдони эҳтимолияти объектро дароз кунед, то он ба сифр баробар шавад. Аз ҷиҳати назариявӣ, ин дар миқёси хурд имконпазир аст. Аммо мунтазири имкони-ятхои технологии истехсоли чунин сарпуш муддати зиёд лозим аст. Мисли ҳама "cap ноаёнй"Инро метавон гуфт, ки вай воқеан чизеро аз назари мо пинҳон мекард.