211service.com
Hoe maak je een object onzichtbaar?
Er is theoretisch een haarborstelvormig apparaat ontworpen dat borstelharen van nanodraden zou gebruiken om licht eromheen te buigen, waardoor het object onzichtbaar wordt. De onderzoekers die met het ontwerp kwamen, zeggen dat het het eerste praktische ontwerp is voor een optische mantel die in het zichtbare spectrum werkt. Ze werken nu aan het bouwen van een echt apparaat op basis van hun berekeningen.
Mantel aan, mantel uit: Simulaties laten zien hoe licht interageert met de dwarsdoorsnede van het verhulapparaat. Wanneer het onthuld is (boven), wordt het licht gereflecteerd door het object. Maar wanneer het gehuld is (onder), wordt het licht rond het object en alles erin geleid.
Hoewel het nog slechts een theoretisch ontwerp is, is het de eerste die laat zien hoe een recent ontdekt verhuleffect zou kunnen werken voor alle golflengten van zichtbaar licht, zegt Vladimir Shalaev , een professor in elektrische en computertechniek aan de Purdue University, in West Lafayette, IN, die de onderzoeksinspanningen leidde.
Het schetst een routekaart voor het bouwen van dit soort constructies, zegt John Pendry , een professor in theoretische natuurkunde aan het Imperial College London, U.K. Naast het feit dat het mogelijk is dingen onzichtbaar te maken, zou het werk kunnen leiden tot manieren om hitteschilden te creëren door infrarood licht rond objecten te buigen, zegt hij. Pendry's eerste onderzoek leidde vorig jaar tot de creatie van het eerste werkende verhulapparaat, dat werkte in het microgolfbereik. (Zie Cloaking Breakthrough .) Dit laatste werk toont nu een manier om dit uit te breiden naar het zichtbare lichtbereik, zegt Pendry.
Om onzichtbaar te worden, moet een object twee dingen doen: het moet licht om zich heen kunnen buigen, zodat het geen schaduw werpt, en het mag geen reflectie produceren. Hoewel natuurlijk voorkomende materialen dit niet kunnen, maakt een nieuwe klasse materialen, metamaterialen genaamd, het nu mogelijk. (Zie TR10: Onzichtbare Revolutie.)
Het buigen van licht rond een object vereist dat een materiaal een negatieve brekingsindex heeft. De brekingsindex is een eigenschap die bepaalt hoe licht door een medium gaat; het is de reden dat een stok er gebogen uitziet als hij in water wordt geplaatst. Als water een negatieve brekingsindex zou hebben, zou de stok eruitzien alsof hij op zichzelf terugbuigt.
Vorig jaar toonde Pendry aan dat het theoretisch mogelijk is om structuren van zeer dunne geleidende draden te ontwerpen die een effect kunnen hebben op de elektrische en magnetische velden van microgolven, waardoor ze op onnatuurlijke manieren zoals deze buigen. Deze theorie werd later ondersteund door experimenten uitgevoerd door David Smith en David Schurig aan de Duke University, in Durham, NC.
Maar het herhalen van het succes voor visueel licht leek problemen op te leveren. Om het ontwerp van Smith en Schurig voor zichtbaar licht te laten werken, zouden componenten van slechts 40 nanometer groot nodig zijn.
De oplossing was om een apparaat te ontwerpen met dicht op elkaar staande naalden van nanodraden, 10 nanometer in diameter en 60 nanometer lang, afkomstig van een cilindrische centrale spaak. In het huidige nummer van het tijdschrift Natuurfotonica , laten de onderzoekers zien hoe dit - althans in theorie - het object zou omhullen van rood licht met een golflengte van 632,8 nanometer lang.
Er zijn echter beperkingen aan deze benadering. Een heel klein percentage licht zou nog steeds worden gereflecteerd, dus het object zou niet helemaal onzichtbaar zijn. Hoewel het ontwerp kan worden aangepast om te werken voor andere frequenties in het zichtbare bereik, werkt het ontwerp nog steeds alleen voor een zeer smalle lichtband.
Dit is een echt probleem, zegt Ulf Leonhardt , een professor in de theoretische natuurkunde aan de St. Andrews University, in Schotland, en een expert op dit gebied. Het zou er heel vreemd uitzien, en je zou zeker iets zien. Maar hij zegt dat dit geen aanklacht is tegen het Purdue-onderzoek; het is eerder een algemeen probleem met onderzoek naar cloaking tot nu toe.
Het is nog steeds een belangrijke stap om in het zichtbare bereik te gaan, zegt Leonhardt. En het is een duidelijke stap voorwaarts. Maar om dingen echt voor onze ogen te laten verdwijnen, moet er een manier worden gevonden om apparaten over een breed scala aan frequenties te laten werken, zegt hij.
Toch is het gebruik van nanodraden een zeer praktische stap vooruit, zegt Pendry. Het is erg handig, want wat we nu echt willen, is zien hoe goed mensen ze kunnen bouwen, zegt hij. Inderdaad, dit is waar de groep nu aan werkt. De volgende stap is het fabriceren en testen van een echt monster, zegt Alexander Kildishev, een onderzoekswetenschapper bij Purdue. Dit werk zal worden uitgevoerd in samenwerking met Purdue's Birck Nanotechnology Center.