211service.com
Een onzichtbaarheidsmantel met een aan-uitschakelaar
Ongeveer tien jaar geleden verschenen de eerste onzichtbaarheidsmantels. Sindsdien heeft de theorie achter deze apparaten en de technologie die wordt gebruikt om ze te implementeren zich in een adembenemend tempo ontwikkeld.
We hebben gekeken naar manieren om optische mantels te maken, naar zelfassemblerende mantels en zelfs 'illusiemantels' onderzocht die het ene op het andere laten lijken.
Vandaag schetsen Darran Milne en Natalia Korolkova van de Universiteit van St. Andrews in Schotland een ander idee. Deze jongens hebben bedacht hoe ze een optische onzichtbaarheidsmantel kunnen maken die je aan en uit kunt zetten.
Wat dit mogelijk maakt, is een proces dat bekend staat als elektromagnetisch geïnduceerde transparantie - een fenomeen waarbij bepaalde materialen transparant worden wanneer ze worden gezapt door licht van twee nauwkeurig afgestemde lasers.
Dit werkt voor materialen met atomen die in drie verschillende elektronische toestanden kunnen voorkomen - zeg a, b en, de hoogste, c. Het idee hier is dat de eerste laserstraal door het materiaal wordt geabsorbeerd omdat het elektronen van toestand a naar toestand c exciteert. De tweede laser wordt ook geabsorbeerd omdat hij elektronen van toestand b naar toestand c exciteert.
Als de frequenties van de lasers dicht bij elkaar liggen, kunnen ze zo worden afgestemd dat ze destructief interfereren. En wanneer dit gebeurt, wordt hun vermogen om elektronen op te wekken opgeheven.
Wanneer dit gebeurt, gaan de laserfotonen plotseling ongehinderd door het materiaal, soms met drastisch verminderde snelheden (dat is hoe experimenten worden uitgevoerd die licht stoppen).
Dit effect heeft een aantal toepassingen. Natuurkundigen hebben het onlangs gebruikt om elektromagnetisch geïnduceerde lenzen te maken waarin de brekingsindex van een materiaal zodanig wordt veranderd dat het licht wordt gebundeld.
Bovendien hebben andere natuurkundigen aangetoond hoe hetzelfde effect kan worden gebruikt om de brekingsindex van een materiaal negatief te maken.
Dit soort manipulatie van de brekingsindex is precies wat nodig is voor een onzichtbaarheidsmantel, omdat het licht rond een object moet sturen en de indruk moet wekken dat het er niet is.
Het probleem is echter dat hoewel dit in theorie allemaal mogelijk is met elektromagnetisch geïnduceerde transparantie, de extreme veranderingen in de brekingsindex in de praktijk niet mogelijk waren.
Nu hebben Milne en Korolkova bedacht hoe het moet. Hun truc is om atomen te gebruiken die in vijf elektronische toestanden kunnen bestaan in plaats van drie. Dit maakt extra controle mogelijk over de brekingsindex die magneto-elektrische kruiskoppeling wordt genoemd.
Het komt erop neer dat hierdoor een extern magnetisch veld de verandering in de brekingsindex kan moduleren. Hierdoor is het mogelijk om licht te sturen door het materiaal in een veld te plaatsen dat op de gewenste manier varieert.
Zo'n materiaal zou eenvoudig te maken moeten zijn door een kristal met de benodigde atomen te doteren, zeggen Milne en Korolkova.
Toch zal het nieuwe materiaal belangrijke beperkingen hebben. De manipulatie van de brekingsindex is bijvoorbeeld alleen voldoende voor een bepaalde speciale klasse onzichtbaarheidsmantels die tapijtmantels worden genoemd. Deze verhullen alleen een object op een oppervlak, maar het kan een object in de vrije ruimte niet verhullen (althans nog niet).
Het grote voordeel van deze techniek is dat het maken van mantels veel eenvoudiger is. Conventionele mantels moeten op nanoschaal zo worden ontworpen dat het licht op de gewenste manier wordt afgebogen.
Daarentegen zou een elektromagnetisch geïnduceerde mantel worden gemaakt zoals elk ander gedoteerd materiaal en eenvoudig in een magnetisch veld worden geplaatst dat op de vereiste manier is gevormd. Dit kan natuurlijk met een druk op de knop worden in- en uitgeschakeld.
De veel eenvoudigere techniek van elektromagnetisch geïnduceerde transparantie kan worden gebruikt om een gedeeltelijke, tapijtverhulling op optische frequenties in atomaire dampen of vaste stoffen te bereiken, zeggen Milne en Korolkova, die als theoretici nu moeten wachten tot iemand een scheur heeft in het maken van een van deze apparaten. Een praktische demonstratie zou nog een andere interessante vooruitgang in verhultechnologie zijn.
We moeten nog commercieel levensvatbare toepassingen voor cloaking zien, maar met dit tempo van ontwikkeling hoeven we niet lang meer te wachten.
Referentie: arxiv.org/abs/1206.3944 : Elektromagnetisch geïnduceerde onzichtbaarheidsverhulling