Работая с кирпичными блоками золотых наноантенн, исследователи из Беркли создали «кожный покров» толщиной всего 80 нанометров, который был обернут вокруг трехмерного объекта размером с несколько биологических клеток и произвольной формы с множеством неровностей и вмятин. . Поверхность кожного плаща была изменена таким образом, чтобы перенаправлять отраженные световые волны, чтобы объект стал невидимым для оптического обнаружения, когда плащ активирован.«Это первый случай, когда трехмерный объект произвольной формы был скрыт от видимого света», — сказал Сян Чжан, директор отделения материаловедения лаборатории Беркли и мировой авторитет в области метаматериалов — искусственных наноструктур, созданных с электромагнитными свойствами, не встречающимися в природе. «Наш ультратонкий плащ теперь выглядит как пальто. Его легко спроектировать и реализовать, и он потенциально масштабируем для сокрытия макроскопических объектов».
Чжан, заведующий кафедрой Эрнеста С. Ку в Калифорнийском университете в Беркли и член Института нано-наук Кавли в Беркли (Kavli ENSI), является автором статьи, описывающей это научное исследование. Документ озаглавлен «Ультратонкая кожа-плащ-невидимка для видимого света».
Синцзе Ни и Цзи Цзин Вонг — ведущие авторы. Другие соавторы — Майкл Мреджен и Юань Ван.Это рассеяние света — видимого, инфракрасного, рентгеновского и т. Д. — от его взаимодействия с веществом, которое позволяет нам обнаруживать и наблюдать объекты.
Правила, регулирующие эти взаимодействия в природных материалах, можно обойти в метаматериалах, оптические свойства которых обусловлены их физической структурой, а не химическим составом. В течение последних десяти лет Чжан и его исследовательская группа раздвигали границы того, как свет взаимодействует с метаматериалами, умудряясь искривлять путь света или отклонять его назад, явления, невидимые в природных материалах, и делать объекты оптически необнаруживаемыми.
Раньше их оптические ковровые плащи на основе метаматериалов были громоздкими и трудно масштабируемыми, что влекло за собой разность фаз между замаскированной областью и окружающим фоном, что делало сам плащ заметным, хотя то, что он скрывал, не было.«Создание коврового плаща, работающего в воздухе, было настолько сложным, что нам пришлось встроить его в диэлектрическую призму, которая внесла дополнительную фазу в отраженный свет, что сделало плащ видимым с помощью фазочувствительного обнаружения», — говорит соавтор книги Синджи Ни. , недавний член исследовательской группы Чжана, ныне доцент Пенсильванского государственного университета. «Недавние разработки в области метаповерхностей, однако, позволяют нам управлять фазой распространяющейся волны напрямую с помощью элементов размером с субволновую длину, которые локально адаптируют электромагнитный отклик в наномасштабе, отклик, который сопровождается драматическим ограничением света».
В исследовании в Беркли, когда красный свет попал в образец трехмерного объекта произвольной формы размером примерно 1300 квадратных микрон, который был конформно завернут в кожный покров из золотой наноантенны, свет, отраженный от поверхности кожного мантии, был идентичен свету, отраженному от плоское зеркало, благодаря чему находящийся под ним объект становится невидимым даже с помощью фазочувствительного обнаружения. Маскировку можно включить или выключить, просто переключив поляризацию наноантенн.«Фазовый сдвиг, обеспечиваемый каждой отдельной наноантенной, полностью восстанавливает как волновой фронт, так и фазу рассеянного света, так что объект остается полностью скрытым», — говорит со-ведущий автор Зи Цзин Вонг, также член исследовательской группы Чжана.
Возможность манипулировать взаимодействиями между светом и метаматериалами открывает заманчивые перспективы на будущее для таких технологий, как оптические микроскопы высокого разрешения и сверхбыстрые оптические компьютеры. Кожаные плащи-невидимки в микроскопическом масштабе могут оказаться полезными для сокрытия подробного расположения микроэлектронных компонентов или для целей шифрования безопасности.
В макромасштабе, среди других приложений, плащи-невидимки могут оказаться полезными для 3D-дисплеев.