Содержание
ученые впервые смоделировали метаповерхности в гибридном анапольном состоянии
Одни из глобальных трендов современного мира ― миниатюризация, компактность и минимализм. Это касается и науки. Сегодня особую популярность приобрели метаповерхности: они позволяют создавать супертонкие устройства, ничем не уступающие аналогам, а иногда и превосходящие их по свойствам. Особый вклад в это вносят «невидимые» частицы в анапольном состоянии. Недавно они уже совершили революцию в мире нанофотоники, но ученые ИТМО вместе с коллегами из Москвы и Риги пошли дальше и разработали гибриды таких состояний. Предложенная ими модель эффективнее предшественников и открывает новые возможности для использования метаповерхностей в оптике.
По аналогии с веществом, состоящими из атомов, метаповерхность представлена набором метаатомов. Параметры этих структурных единиц (их форму, размеры, свойства) можно настраивать отдельно, тем самым меняя свойства всего материала.
Современные технологии позволяют создавать нанометровые объекты заданной формы в хорошем качестве. Работая со структурными единицами материала на таком уровне, ученые могут конструировать метаповерхности толщиной всего в один слой метаатомов. При этом устройство по рабочим характеристикам не просто не уступает, но порой и превосходит используемые сейчас аналоги.
В 2015 году в журнале Nature Communications вышла статья «Nonradiating anapole modes in dielectric nanoparticles», в которой ученые создали полностью прозрачные для электромагнитных волн в видимом диапазоне диэлектрические наночастицы в анапольном состоянии. Они представляют собой неизлучающие частицы, способные на определенной длине волны практически не рассеивать свет. То есть падающее излучение как бы проходит сквозь анаполь — при определенных условиях он становится «невидимым».
Чтобы найти анапольное состояние в наночастицах, ученые моделируют объект и затем постепенно варьируют его геометрические размеры, показатель преломления (материал из которого он состоит), длину падающей электромагнитной волны.
Изменяя параметры, физики получают уникальную конфигурацию. Одной из таких стал гибридный анаполь.
В анапольном состоянии у наночастиц минимумы рассеивания для каждого мультиполя разные — а для некоторых мультиполей они могут отсутствовать вовсе. В новом исследовании команда ученых Нового физтеха, Института нанотехнологий микроэлектроники РАН и Рижского технического университета смоделировала нанорассеиватели в гибридном анапольном состоянии, в котором минимумы каждого мультиполя сосредоточены на одной длине волны. Из гибридных анаполей ученые собрали метаповерхность и выяснили, что она обладает еще одним уникальным свойством: метаатомы практически не взаимодействуют с подложкой, на которую их напыляют, а также друг с другом.
Таким образом, гибридный анаполь в определенном электромагнитном спектре практически «невидим» для падающего излучения. Достигается это за счет уникальной геометрии.
«В плане производства намного удобнее, когда метаповерхность состоит из одинаковых метаатомов, находящихся на одинаковом расстоянии друг от друга.
Но сейчас перспективны исследования по созданию материалов, в которых метаатомы имеют разную форму, размеры и дезориентированы на подложке относительно друг друга. В этом смысле наши частицы играют огромную роль, потому что мы можем передвигать их как хотим — с “соседями” они взаимодействовать не будут. Особые свойства многих современных метаповерхностей связаны как раз с тем, что структурные единицы в них друг с другом связаны. Мы же предлагаем настраивать эффекты на каждом метаатоме, получая в масштабах материала их результирующую», — комментирует соавтор статьи, аспирант Нового физтеха ИТМО Алексей Кузнецов.
Но сейчас перспективны исследования по созданию материалов, в которых метаатомы имеют разную форму, размеры и дезориентированы на подложке относительно друг друга. В этом смысле наши частицы играют огромную роль, потому что мы можем передвигать их как хотим — с “соседями” они взаимодействовать не будут. Особые свойства многих современных метаповерхностей связаны как раз с тем, что структурные единицы в них друг с другом связаны. Мы же предлагаем настраивать эффекты на каждом метаатоме, получая в масштабах материала их результирующую», — комментирует соавтор статьи, аспирант Нового физтеха ИТМО Алексей Кузнецов.В своей работе исследователи показали, что если незначительно менять характеристики анапольной частицы (например радиус цилиндра), то фаза проходящей сквозь нее волны будет немного изменяться, в то время как сам материал останется в окне прозрачности. За счет этих свойств такие метаповерхности можно использовать, например, в фазовращателях.
Сегодня экономически выгоднее изготовить линзу из стекла, чем настраивать нанометровые метаатомы и изготавливать из них метаповерхности. Основная проблема в том, что используемые для этого технологии достаточно дорогие. В то же время не хватает вычислительных мощностей — ведь прежде чем создать работающий прототип, нужно учесть огромное количество факторов. Поэтому сейчас ученые занимаются в основном теоретическими наработками.
«Метаматериалы уже широко используют, например, в радиофизике. Сейчас индустрия нацелена на то, чтобы активно внедрить их в фотонику. Думаю, что наша работа продолжится в исследовании практического применения гибридных анаполей», — отмечает Алексей Кузнецов.
Сейчас исследователи ищут партнеров, которые бы могли помочь с реализацией модели на практике. Так выдвинутые на основе расчетов гипотезы можно будет подтвердить уже на реальном физическом объекте.
Работа была поддержана грантом РФФИ 20-52-00031.
Подробнее об исследовании: Alexey V. Kuznetsov, Adrià Canós Valero, Mikhail Tarkhov, Vjaceslavs Bobrovs, Dmitrii Redka, and Alexander S. Shalin, Transparent hybrid anapole metasurfaces with negligible electromagnetic coupling for phase engineering (Nanophotonics, 2021).
К началу
Евгений Шилинг
Журналист
Теги
- Фотоника
- Исследования
- Nanophotonics
- Научная статья
- Метаповерхности
В статье упомянуты
Реально невидимые.
Российские физики создали уникальные материалы
https://ria.ru/20220906/kubit-1814578970.html
Реально невидимые. Российские физики создали уникальные материалы
Реально невидимые. Российские физики создали уникальные материалы — РИА Новости, 06.09.2022
Реально невидимые. Российские физики создали уникальные материалы
Миф о человеке-невидимке может стать реальностью. В лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ МИСиС несколько лет разрабатывают теорию абсолютной… РИА Новости, 06.09.2022
2022-09-06T08:00
2022-09-06T08:00
2022-09-06T11:27
наука
физика
мисис
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdnn21.img.ria.ru/images/151102/89/1511028986_39:0:2443:1352_1920x0_80_0_0_09957a1a310ea29a500a2911c5a57876.png
МОСКВА, 6 сен — РИА Новости, Владислав Стрекопытов. Миф о человеке-невидимке может стать реальностью. В лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ МИСиС несколько лет разрабатывают теорию абсолютной невидимости и уже создали самый большой в мире «невидимый» кубит для квантового компьютера.
Мечта о шапке-невидимкеСтолетиями человек мечтал о возможности оставаться незамеченным. Отсюда — многочисленные сказки и фантастические романы о шапках-невидимках или волшебных эликсирах. В природе подобных вещей не существует. Однако современные технологии позволяют создавать искусственные материалы, обладающие необычными свойствами.В военной сфере уже применяют особые покрытия, делающие самолеты и корабли незаметными для радиолокационных приборов, а также специальные ткани для маскировки техники и личного состава. Это — так называемые стелс-технологии (от английского stealth — невидимый), основанные на свойствах материалов поглощать или рассеивать электромагнитные волны определенной длины.Английский писатель Герберт Уэллс в романе «Человек-невидимка», написанном в 1897-м, объяснял этот принцип так: «Тела либо поглощают свет, либо отражают, либо преломляют его, или все вместе. Если тело не отражает, не преломляет и не поглощает свет, то оно не может быть видимо само по себе».Сказанное справедливо не только для световых волн, но и для других видов излучения.
Однако проблема в том, что во всех этих случаях объект невидим только с одной стороны, а с другой — оставляет за собой волновую тень, по которой его можно идентифицировать. Кроме того, стелс-технологии работают, как правило, в очень узком диапазоне длин волн.В лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ МИСиС уже несколько лет занимаются созданием «абсолютно невидимых» объектов. Правда, речь пока не о кораблях и самолетах, а о вещах поскромнее — элементах квантовых компьютеров и сенсорах, которые, если поместить их в среду, не нарушают ее параметры.»Волшебные» метаматериалыЧтобы получить особые свойства, не встречающиеся в природе, — например, отрицательный коэффициент преломления света или сверхсильную локализацию полей — ученые разрабатывают метаматериалы. Приставка «мета-» переводится с греческого как «вне», «за пределами».Как правило, они обладают периодической структурой, искусственно созданной путем внедрения в исходный природный материал наночастиц различного размера и геометрической формы — метаатомов.
Занимая, подобно атомам кристаллической решетки природных веществ, определенные положения в структуре метаматериала, они модифицируют его свойства.Метаатомы позволяют волнам просто огибать объекты, на которые нанесены метаматериалы. И эти объекты становятся невидимыми для электромагнитного излучения. С помощью метаматериалов с отрицательным показателем преломления можно создать линзы, преодолевающие дифракционный предел разрешения обычной оптики.Кроме того, существуют сверхпроводящие метаматериалы. Если их охладить до сверхнизких температур и поместить в вакуум, можно добиться квантовых эффектов. В этом случае метаатом будет выполнять роль кубита — главного элемента квантового компьютера.Невидимые кубитыПри любом взаимодействии кубитов с окружающей средой процесс обработки информации в них нарушается. Это основная проблема квантовых компьютеров. Поэтому основная задача ученых — продлить срок службы кубитов, сделать их менее чувствительными к внешним воздействиям.Прежде всего, они не должны излучать.-65.jpg)
Для этого их делают очень маленькими, но тогда возникают другие проблемы — такие как локальный нагрев, из-за которого теряются квантовые свойства. Другими словами, кубит должен быть достаточно большим. Исследователям из Университета МИСиС удалось создать самый крупный в мире неизлучающий квантовый метаатом, работающий как невидимый кубит.»Конечно, мы его видим, — рассказывает доцент кафедры теоретической физики и квантовых технологий НИТУ МИСиС Алексей Башарин. — Когда мы говорим о невидимости, подразумеваем — в определенном диапазоне. Для нашего случая мы выбрали частоту пять гигагерц. То, что происходит на других частотах, нам пока не важно».Физический принцип, который использовали авторы при создании невидимого кубита, отличается от заложенного в стелс-технологиях. Если там тело просто поглощает излучение, то здесь электромагнитная волна, которая падает на объект, выходит после него без каких-либо изменений, как будто на ее пути ничего не было.»По сути, идеальный невидимый объект — это место в пространстве, которое собирает падающее на него излучение в точку и затем передает дальше в том же самом виде.
При этом в самом объекте могут концентрироваться очень сильные ближние поля», — отмечает ученый.Теория абсолютной невидимостиПрежде чем приступить к созданию физических объектов, ученые НИТУ МИСиС разработали обобщенную теорему невидимости и превратили ее в математическую модель. За основу взяли гипотезу советского физика Якова Зельдовича об «анаполе».В 1957-м ученый предположил, что помимо дипольных электрических и магнитных, квадрупольных и высших конфигураций токов существуют тороидальные. Если по катушке в виде тора — геометрического тела в форме бублика с дыркой посредине — пропустить ток, то магнитное поле будет распространяться внутри, а электрическое — закручиваться вокруг него. Поля, находящиеся в противофазе, погасят друг друга, а материальные объекты с подобным явлением нельзя будет наблюдать извне. Зельдович назвал такую конфигурацию «анаполем» — состоянием, у которого нет поля.Анаполь концентрирует динамическое электромагнитное поле только внутри себя и не излучает энергию в окружающее пространство.
Физики из Университета МИСиС теоретически обосновали возможность создания метаматериалов, ячейки которых будут играть роль анаполей, а затем доказали это экспериментально.»Объект, обладающий такими свойствами, очень маленький. По сравнению с длиной волны — это точка, но поля в нем концентрируются многократно. Потом излучение передается дальше, — объясняет Башарин. — Мы провели эксперимент, сконцентрировав в точке, размер которой в сто раз меньше длины волны, поле, в 20 тысяч раз превышающее падающее излучение».В результате ученые создали уникальный метаматериал, представляющий собой плоскую решетку, состоящую из ячеек-анаполей особой конфигурации. Электрические поля сосредоточены в их центральных зазорах, а магнитные — вращаются вокруг них. Таким образом, в каждом таком анаполе локализуется значительная электромагнитная энергия с очень малыми потерями.Аналогичную форму имеют и «невидимые» кубиты. Благодаря ей они устойчивы к внешним электромагнитным полям и при этом могут взаимодействовать между собой за счет интерференции электрического и тороидного диполей.
Увидеть невидимоеЧисто теоретически, хотя это сложно и очень дорого, на основе анаполей можно создать объекты, невидимые и в оптическом диапазоне. Но ученых больше интересует решение обратной задачи — увидеть невидимое. В природе много объектов, которые не участвуют в электромагнитных взаимодействиях и потому недоступны для прямого наблюдения ни визуально, ни с помощью приборов.Анапольные свойства обнаружили у некоторых ароматических молекул, а также у ядер атомов иттербия-174 и цезия-133. С последним связана интересная история. До 1950-х физики не знали, как устроен атом цезия-133, так как попросту не могли его увидеть. Зельдович предположил: «невидимость» цезия связана с тем, что статические токи в его ядре имеют форму тороида. Вращаясь, они порождают замкнутое магнитное поле. Получается типичный анаполь — невидимый объект, который не излучает. Если токи разомкнуть, он начнет излучать и станет видимым. Так и оказалось.Есть гипотеза, что частицы темной материи, на которую приходится до 85 процентов вещественной доли Вселенной, также представляют собой неизлучающие анаполи.
В таком случае, чтобы объяснить существование этой субстанции, не нужно привлекать какие-то экзотические силы, с которыми мы не встречаемся в повседневной жизни. Все укладывается в обычные законы электромагнетизма.
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
2022
Владислав Стрекопытов
Владислав Стрекопытов
Новости
ru-RU
https://ria.ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
1920
1080
true
1920
1440
true
https://cdnn21.img.ria.ru/images/151102/89/1511028986_339:0:2142:1352_1920x0_80_0_0_cd2fd394e9bb1e28f57d6e77ceeb258c.
png
1920
1920
true
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
Владислав Стрекопытов
физика, мисис
Наука, Физика, МИСиС
МОСКВА, 6 сен — РИА Новости, Владислав Стрекопытов. Миф о человеке-невидимке может стать реальностью. В лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ МИСиС несколько лет разрабатывают теорию абсолютной невидимости и уже создали самый большой в мире «невидимый» кубит для квантового компьютера.
Мечта о шапке-невидимке
Столетиями человек мечтал о возможности оставаться незамеченным. Отсюда — многочисленные сказки и фантастические романы о шапках-невидимках или волшебных эликсирах. В природе подобных вещей не существует. Однако современные технологии позволяют создавать искусственные материалы, обладающие необычными свойствами.
В военной сфере уже применяют особые покрытия, делающие самолеты и корабли незаметными для радиолокационных приборов, а также специальные ткани для маскировки техники и личного состава.
Это — так называемые стелс-технологии (от английского stealth — невидимый), основанные на свойствах материалов поглощать или рассеивать электромагнитные волны определенной длины.
Английский писатель Герберт Уэллс в романе «Человек-невидимка», написанном в 1897-м, объяснял этот принцип так: «Тела либо поглощают свет, либо отражают, либо преломляют его, или все вместе. Если тело не отражает, не преломляет и не поглощает свет, то оно не может быть видимо само по себе».
Сказанное справедливо не только для световых волн, но и для других видов излучения. Однако проблема в том, что во всех этих случаях объект невидим только с одной стороны, а с другой — оставляет за собой волновую тень, по которой его можно идентифицировать. Кроме того, стелс-технологии работают, как правило, в очень узком диапазоне длин волн.
В лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ МИСиС уже несколько лет занимаются созданием «абсолютно невидимых» объектов. Правда, речь пока не о кораблях и самолетах, а о вещах поскромнее — элементах квантовых компьютеров и сенсорах, которые, если поместить их в среду, не нарушают ее параметры.
© РИА Новости / Владислав СтрекопытовАлексей Башарин, доцент кафедры теоретической физики и квантовых технологий НИТУ МИСиС в лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы»
Алексей Башарин, доцент кафедры теоретической физики и квантовых технологий НИТУ МИСиС в лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы»
«Волшебные» метаматериалы
Чтобы получить особые свойства, не встречающиеся в природе, — например, отрицательный коэффициент преломления света или сверхсильную локализацию полей — ученые разрабатывают метаматериалы. Приставка «мета-» переводится с греческого как «вне», «за пределами».
Как правило, они обладают периодической структурой, искусственно созданной путем внедрения в исходный природный материал наночастиц различного размера и геометрической формы — метаатомов. Занимая, подобно атомам кристаллической решетки природных веществ, определенные положения в структуре метаматериала, они модифицируют его свойства.
Метаатомы позволяют волнам просто огибать объекты, на которые нанесены метаматериалы.
И эти объекты становятся невидимыми для электромагнитного излучения. С помощью метаматериалов с отрицательным показателем преломления можно создать линзы, преодолевающие дифракционный предел разрешения обычной оптики.
Кроме того, существуют сверхпроводящие метаматериалы. Если их охладить до сверхнизких температур и поместить в вакуум, можно добиться квантовых эффектов. В этом случае метаатом будет выполнять роль кубита — главного элемента квантового компьютера.
© НИТУ МИСиСОборудование лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ МИСиС
© НИТУ МИСиС
Оборудование лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ МИСиС
Невидимые кубиты
При любом взаимодействии кубитов с окружающей средой процесс обработки информации в них нарушается. Это основная проблема квантовых компьютеров. Поэтому основная задача ученых — продлить срок службы кубитов, сделать их менее чувствительными к внешним воздействиям.
Прежде всего, они не должны излучать. Для этого их делают очень маленькими, но тогда возникают другие проблемы — такие как локальный нагрев, из-за которого теряются квантовые свойства.
Другими словами, кубит должен быть достаточно большим. Исследователям из Университета МИСиС удалось создать самый крупный в мире неизлучающий квантовый метаатом, работающий как невидимый кубит.
«Конечно, мы его видим, — рассказывает доцент кафедры теоретической физики и квантовых технологий НИТУ МИСиС Алексей Башарин. — Когда мы говорим о невидимости, подразумеваем — в определенном диапазоне. Для нашего случая мы выбрали частоту пять гигагерц. То, что происходит на других частотах, нам пока не важно».
Физический принцип, который использовали авторы при создании невидимого кубита, отличается от заложенного в стелс-технологиях. Если там тело просто поглощает излучение, то здесь электромагнитная волна, которая падает на объект, выходит после него без каких-либо изменений, как будто на ее пути ничего не было.
«По сути, идеальный невидимый объект — это место в пространстве, которое собирает падающее на него излучение в точку и затем передает дальше в том же самом виде. При этом в самом объекте могут концентрироваться очень сильные ближние поля», — отмечает ученый.
Теория абсолютной невидимости
Прежде чем приступить к созданию физических объектов, ученые НИТУ МИСиС разработали обобщенную теорему невидимости и превратили ее в математическую модель. За основу взяли гипотезу советского физика Якова Зельдовича об «анаполе».
В 1957-м ученый предположил, что помимо дипольных электрических и магнитных, квадрупольных и высших конфигураций токов существуют тороидальные. Если по катушке в виде тора — геометрического тела в форме бублика с дыркой посредине — пропустить ток, то магнитное поле будет распространяться внутри, а электрическое — закручиваться вокруг него. Поля, находящиеся в противофазе, погасят друг друга, а материальные объекты с подобным явлением нельзя будет наблюдать извне. Зельдович назвал такую конфигурацию «анаполем» — состоянием, у которого нет поля.
© НИТУ «МИСиС»Анаполь
© НИТУ «МИСиС»
Анаполь
Анаполь концентрирует динамическое электромагнитное поле только внутри себя и не излучает энергию в окружающее пространство.
Физики из Университета МИСиС теоретически обосновали возможность создания метаматериалов, ячейки которых будут играть роль анаполей, а затем доказали это экспериментально.
«Объект, обладающий такими свойствами, очень маленький. По сравнению с длиной волны — это точка, но поля в нем концентрируются многократно. Потом излучение передается дальше, — объясняет Башарин. — Мы провели эксперимент, сконцентрировав в точке, размер которой в сто раз меньше длины волны, поле, в 20 тысяч раз превышающее падающее излучение».
В результате ученые создали уникальный метаматериал, представляющий собой плоскую решетку, состоящую из ячеек-анаполей особой конфигурации. Электрические поля сосредоточены в их центральных зазорах, а магнитные — вращаются вокруг них. Таким образом, в каждом таком анаполе локализуется значительная электромагнитная энергия с очень малыми потерями.
© НИТУ «МИСиС»Метаматериал, состоящий из анаполей
© НИТУ «МИСиС»
Метаматериал, состоящий из анаполей
Аналогичную форму имеют и «невидимые» кубиты.
Благодаря ей они устойчивы к внешним электромагнитным полям и при этом могут взаимодействовать между собой за счет интерференции электрического и тороидного диполей.
«Невидимый» кубит
Увидеть невидимое
Чисто теоретически, хотя это сложно и очень дорого, на основе анаполей можно создать объекты, невидимые и в оптическом диапазоне. Но ученых больше интересует решение обратной задачи — увидеть невидимое. В природе много объектов, которые не участвуют в электромагнитных взаимодействиях и потому недоступны для прямого наблюдения ни визуально, ни с помощью приборов.
Анапольные свойства обнаружили у некоторых ароматических молекул, а также у ядер атомов иттербия-174 и цезия-133. С последним связана интересная история. До 1950-х физики не знали, как устроен атом цезия-133, так как попросту не могли его увидеть. Зельдович предположил: «невидимость» цезия связана с тем, что статические токи в его ядре имеют форму тороида. Вращаясь, они порождают замкнутое магнитное поле..png.abc6fd19be2645a37fbac99cafddfe9c.png)
Получается типичный анаполь — невидимый объект, который не излучает. Если токи разомкнуть, он начнет излучать и станет видимым. Так и оказалось.
CC0 / SM358 / Атом цезия-133
CC0 / SM358 /
Атом цезия-133
Есть гипотеза, что частицы темной материи, на которую приходится до 85 процентов вещественной доли Вселенной, также представляют собой неизлучающие анаполи. В таком случае, чтобы объяснить существование этой субстанции, не нужно привлекать какие-то экзотические силы, с которыми мы не встречаемся в повседневной жизни. Все укладывается в обычные законы электромагнетизма.
Создан материал, который позволяет делать объекты невидимыми
Создан материал, который позволяет делать объекты невидимыми — Газета.Ru
Экс-игрок сборной России Мостовой заявил, что у тренера «Рубина» Слуцкого…
06:28
Неизвестные убили в Мексике мэра города и еще 18 человек
06:26
Мирошник: Будапештский меморандум не остановит США при желании дать Киеву ядерное.
..
06:19
Сроки разработки экипировки «Легионер» сократят втрое и завершат к концу…
06:14
Экс-менеджер «Зенита» Чинквини заявил, что Кварацхелия никогда больше не…
06:12
Yonhap: власти Южной Кореи осудили ракетный пуск КНДР и пообещали жесткий ответ
06:06
Вильфанд пообещал москвичам «золотую осень»
05:58
Президент РФС Дюков считает, что глава МОК Бах не оставил себе пространства…
05:56
ВОЗ: четыре сиропа от кашля из Индии могут быть связаны с гибелью 66 детей
05:39
В Госдуме предложили узаконить изъятие брошенных на границе автомобилей
05:39
Наука
Создан материал, который позволяет делать объекты невидимыми в трех измерениях. Правда, пока речь идет об объектах микроскопического уровня и о проявлении эффекта невидимости в инфракрасном диапазоне длин волн, весьма близком к оптическому.
Ученые регулярно ведут исследования, направленные на то, чтобы сделать предметы неразличимыми, невидимыми для глаз человека.
Эти работы всегда привлекали большой интерес, ведь каждый наверняка в детстве читал сказки про шапку-невидимку. В пятницу журнал Science опубликовал статью немецких ученых из Технологического института Карлсруэ, в которой рассказывается о прогрессе в создании «невидимости».
Волны невидимого фронта
Новый метод маскировки объектов, основанный на взаимодействии волн, в будущем позволит защитить здания от…
19 августа 12:51
Все предыдущие разработки, связанные с созданием материалов, позволяющих сделать объект неразличимым в оптическом диапазоне, ограничивались тем, что нужный эффект достигался только на плоскости или же при наблюдении с определенных направлений. Помимо реальных физических экспериментов создается немалое количество теоретических моделей эффекта «невидимости», как, например, сделали математики из Университета штата Юта. Они смоделировали принцип маскировки объектов при использовании так называемых волновых источников маскировки — объектов, которые генерируют волны на небольшие расстояния, заставляющие волновой фронт огибать предмет, который необходимо «спрятать».
Сейчас же ученым удалось сделать материал, дающий возможность делать объекты невидимыми в трех измерениях в инфракрасном диапазоне длин волн, который весьма близок к оптическому.
Мотыльков спасают помехи
Бабочки-медведицы запутывают летучих мышей с помощью ультразвука, «забивая» активные частоты…
20 июля 12:36
Эффект невидимости создается структурой, в которой, как в поленнице, находятся полимерные блоки размером не более сотни микрон (1 микрон = 10-6 метра), которые в деталях можно увидеть человеческим глазом только с помощью лупы. Правда, такой структурой можно сделать невидимым пока только объект, который не превышает по высоте 1,5 микрона. Чтобы скрыть объект от наблюдателей, его нужно положить на поверхность описанной выше структуры.
Эффект «невидимости» будет «объемным», то есть наблюдаться в трех измерениях.
Однако, этот эффект проявляется только в инфракрасном диапазоне, и только если смотреть на объект под углом от 0 до 60 градусов.
Данная структура или «плащ-невидимка», как, видимо по аналогии с волшебным предметом из «Гарри Поттера», говорят его «изготовители», представляет собой материал, который обладает отрицательным коэффициентом преломления электромагнитных волн. Напомним, что коэффициент преломления представляет собой отношение синуса угла падения и синуса угла преломления при переходе луча света из одной среды в другую.
И если эта величина является отрицательной, то это означает не преломление излучения, а его отражение.
Шапка-невидимка от болезней
Вместо того, чтобы уничтожать бактерии антибиотиками, можно сделать организм «невидимым» для…
22 августа 19:26
Успех немецких ученых связан с разработкой так называемых метаматериалов — это композитные материалы, свойства которых обусловлены не столько индивидуальными физическими свойствами его компонентов, сколько микроструктурой, и такие материалы демонстрируют свойства, нехарактерные для объектов, встречающихся в природе.
Одним из таких свойств как раз может быть отрицательный коэффициент преломления, что позволяет делать объекты невидимыми. Но до повсеместного использования этих структур пока еще далеко,
потому что слишком сложным является процесс изготовления блоков малого размера.
«Плащ-невидимка» является очень красивым и увлекательным ориентиром для развития оптики, и это редкий случай, когда практическое применение возникает в области фундаментальных исследований», — заявил ведущий автор работы Тольга Эргин.
Подписывайтесь на «Газету.Ru» в Новостях, Дзен и Telegram.
Чтобы сообщить об ошибке, выделите текст и нажмите Ctrl+Enter
Новости
Дзен
Telegram
Картина дня
В КНДР объяснили проведение ракетных испытаний
NYT: разведка США считает, что к убийству Дугиной причастна Украина
По словам источников, США не знали о готовящемся покушении
«ОПЕК+ встала на сторону России»
Страны ОПЕК+ сократят добычу нефти на 2 млн баррелей в сутки с ноября
В Госдуме предложили узаконить изъятие брошенных на границе автомобилей
В МИД России назвали политическими фантазиями требования Варшавы репараций от Москвы
Зеленского призвали разрешить украинским мужчинам уехать из-за ядерной угрозы
«Известия»: россияне стали чаще пытаться незаконно вывезти деньги за границу с 20 сентября
Новости и материалы
Экс-игрок сборной России Мостовой заявил, что у тренера «Рубина» Слуцкого нет совести
Неизвестные убили в Мексике мэра города и еще 18 человек
Мирошник: Будапештский меморандум не остановит США при желании дать Киеву ядерное оружие
Сроки разработки экипировки «Легионер» сократят втрое и завершат к концу 2023 года
Экс-менеджер «Зенита» Чинквини заявил, что Кварацхелия никогда больше не вернется в Россию
Yonhap: власти Южной Кореи осудили ракетный пуск КНДР и пообещали жесткий ответ
Вильфанд пообещал москвичам «золотую осень»
Президент РФС Дюков считает, что глава МОК Бах не оставил себе пространства для маневра
ВОЗ: четыре сиропа от кашля из Индии могут быть связаны с гибелью 66 детей
Президент Южной Кореи заявил, что ракеты КНДР угрожают войскам США
Олимпийская чемпионка Навка назвала конфликт Плющенко и Ягудина «детским садом»
В Запорожье заявили об усилении обстрела региона со стороны ВСУ после референдума
Почти все медсестры Великобритании собираются начать забастовку
Глава федерации футбола Испании объяснил общую заявку с Украиной на проведение ЧМ-2030
Bridgestone может начать в 2024 году выпуск шин с полупроводниковыми чипами
NTN24: оппозицию Венесуэлы могут лишить права представлять страну в ОАГ
Байден выругался во время визита во Флориду
ВС США: пуски ракет указывают на дестабилизирующее воздействие военных программ КНДР
Все новости
«Народу не хотят говорить даже часть правды об СВО»
Глава комитета ГД по обороне Картаполов призвал «перестать врать» о спецоперации
Кадыров попал в Книгу рекордов России в день рождения
Кадырова включили в Книгу рекордов РФ из-за числа введенных санкций
Военная операция РФ на Украине. День 224-й
Онлайн-трансляция военной спецоперации РФ на Украине — 224-й день
«Газета.Ru» приняла участие в акции «Доброшрифт»
Российские бренды на день сменили логотипы в поддержку людей с ДЦП
Кадыров стал генерал-полковником. Какие еще награды и звания у него есть
Кадыров сообщил о повышении в звании до генерал-полковника Росгвардии
«Может, и не было бы конфликта».
Путин рассказал о нацизме на Украине и мобилизации
Путин подписал документы о присоединении к России новых территорий
Ноги в грязи, руки в презервативах: чем запомнились Недели моды в Милане и Париже
В сети появилось фото израильского паспорта Пугачевой
Украинские СМИ опубликовали фото израильского паспорта Аллы Пугачевой
«Определенные территории будут возвращены». Песков рассказал о планах Москвы
Песков назвал «фейками» публикации о превращении СВО в КТО
Лекарство в один клик: за что присудили «Нобеля» по химии
Химик Сухоруков объяснил суть метода, удостоенного «Нобелевки» по химии
Что Россия может делать с иностранными спутниками
Минобороны РФ сообщило, что проводит эксперименты с иностранными спутниками на орбите
«Схватил за голову и тряс». Джоли обвинила Питта в нападении на борту самолета
Анджелина Джоли обвинила Брэда Питта в домашнем насилии
«Попал в трудные времена». В Москве покончил с собой бывший ректор ВГИКа
Бывший ректор ВГИКа Александр Новиков совершил самоубийство в Москве
Марина Ярдаева
К станку, не отходя от колыбели
О том, что такое самореализация в декрете
Юлия Меламед
И желает вам приятного полета
О последней волне отъезда из РФ
Георгий Бовт
Невыученный урок истории
О том, как октябрьские события 1993 года «замели под ковер»
Мария Дегтерева
Паникеры паникуют
О том, как спастись от истерики в соцсетях
Дмитрий Воденников
Кошенька, это очень важно
О двух таких разных судьбах
—>
Читайте также
Найдена ошибка?
Закрыть
Спасибо за ваше сообщение, мы скоро все поправим.
Продолжить чтение
Материал, который сделает вас невидимым
Дизайн
ИКЕА создала коллекцию для животных
Владельцы кошек и собак для своих питомцев способны практически на все.
Животные занимают особое место не только в сердцах владельцев, но и в их домах. Именно поэтому ИКЕА создала специальную коллекцию для собак и кошек…
Искусство
Гуггенхайм предлагает бесплатно более 200 книг по искусству
Это настоящая находка для любителей искусства. Музей Соломона Р. Гуггенхайма разместил на своем веб-сайте более 200 книг и художественных альбомов. Абсолютно бесплатно….
Интерьеры
ИКЕА меняет логотип
ИКЕА — один из самых известных мебельных брендов в мире.
Культура – это не только мебель шведского бренда, такая как книжный шкаф Billy или кресло POÄNG, но и ее идентификация…
образ жизни
Возвращение муми-троллей
История о муми-троллях, созданная Туве и Ларсом Янссонами, в Финляндии считается национальным достоянием. Маленькая Ми узнаваема практически по всей Европе. Теперь муми-тролли возвращаются, на этот раз в виде мультсериала…
образ жизни
Александра Воронецка, модный редактор парижского Vogue!
«Vogue» — одно из самых престижных изданий в мире.
Такие люди, как Анна Винтур, Грейс Коддингтон, Карин Ройтфельд и Эммануэль Альт в мире моды не нуждаются в представлении. Теперь к этой группе присоединилась Александра Воронецкая…
Искусство
Огромная выставка Фриды Кало доступна онлайн бесплатно!
Фрида Кало — одна из самых характерных фигур в мире искусства 20 века. Широкому зрителю известен благодаря культовому фильму «Фрида» с Сальмой Хайек в главной роли…
образ жизни
Adidas отклонил движущуюся рекламу
Молодой студент снял рекламу adidas, которая стала интернет-хитом.
Перед публикацией он пытался связаться с брендом, но после отправки своего видео ответа не получил. Adidas пропустил лучшую рекламу в своей истории….
Дизайн
Новый каталог ИКЕА 2018
У многих из нас дома есть каталог шведского бренда, и самые большие поклонники марки ждали его месяцами. Посмотрите, что ИКЕА предложит нам в новом сезоне…
Архитектура
Arka of Konieczny лучший дом мира по версии журнала Wallpaper*!
Студия Роберта Конечного начинает год с хорошего.
Недавно здание Центра Диалога Пшеломы было удостоено звания «Всемирное здание года 2016», теперь была оценена еще одна реализация архитектора…
образ жизни
Стиральная машина, которая будет гладить и складывать белье
Стирка одежды — это целый процесс. Сначала постирайте белье, затем загрузите его в стиральную машину и выберите соответствующие меры. Затем повесьте белье, оставьте сушиться, соберите, прогладьте и уберите в подходящее для шкафа место. А если бы было проще…
Дизайн
Цвета Pantone на весну-лето 2019
Pantone — один из самых популярных брендов, занимающихся цветовой гаммой.
Выбор цвета Pantone всегда вызывает большой интерес не только в мире дизайна и моды. Смотрите, какая цветовая палитра будет модной по версии американского института на весну-лето 2019…
Дизайн
Если бы знаменитый логотип был разработан художниками
Логотип очень важен, в конце концов для многих брендов это визитная карточка на десятки, а то и сотни лет! Что был бы McDonald’s без знаменитой буквы «М», то Starbucks без своей сирены…
образ жизни
Смена ролей
Рекламы первой половины ХХ века, хотя и обладают большим шармом и ретро-шармом, иногда могут шокировать.
Нельзя отрицать, что с тех пор положение женщин значительно изменилось, что заставило бы некоторых из них в наши дни считаться с несомненным достоинством…
Дизайн
Эротическая стена для скалолазания
Если вы думаете, что эстетика лазания по стенам ничего не стоит, вы обязательно должны увидеть эту эротичную стену для лазания…
образ жизни
Кривые среди Zara
Последняя кампания испанского бренда призывает «любить свои изгибы».
На плакатах, иллюстрирующих этот лозунг, изображены…
образ жизни
Новая серия Netflix для любителей дизайна
«Карточный домик», «Черное зеркало», «Нарко» — одна из самых популярных постановок платформера. Серия «Абстракция: Искусство дизайна» повторяет их успех…
Дизайн
Мы знаем цвет Pantone 2018 года!
Выбор цвета года институтом Pantone всегда вызывает много споров.
Одни цвета воспринимаются с большим энтузиазмом, как прошлогодний Greenery, другие вызывают споры, как знаменитый Марсала. Что порадует нас в 2018 году…
Дизайн
IKEA шутит о новом Mac Pro от Apple
ИКЕА известна своими необычными кампаниями по продвижению товаров шведского бренда. Их авторы не боятся полемики (как в случае с рекламой со скрытым тестом на беременность), язвительности по отношению к другим брендам (знаменитая индуктивная зарядка, которую ИКЕА противопоставила Apple) или…
Дизайн
ИКЕА советует, как распознать оригинал
Недавно мы писали о сумке из новой коллекции Balenciaga, которая напоминает известную сумку FRAKTA от IKEA.
Шведская сеть отреагировала забавно…
Искусство
Работа Бэнкси самоликвидировалась
Бэнкси в очередной раз высмеял мир роскошных аукционов и респектабельных коллекционеров. Во время торгов в нью-йоркском отделении Sotheby, сразу после аукциона за более чем миллион долларов, картина самоуничтожилась…
Интерьеры
35 квадратных метров
Спроектировать маленькую квартиру так, чтобы она выглядела светлой и воздушной, — большая проблема.
В конце концов, такое маленькое пространство легко захламить разной техникой. В этой небольшой квартире было решено пойти на довольно радикальные шаги, чтобы разместить всю мебель. Смотри…
Новый процесс может сделать искусственные материалы полностью невидимыми
Искусственная прозрачность: Точный контроль потока энергии (на что указывают светящиеся частицы в тумане) делает искусственный материал полностью прозрачным для оптического сигнала. Предоставлено: Андреа Штайнфурт, Университет Ростока
Ученые Университета Ростока в тесном сотрудничестве с партнерами из Венского технологического университета разработали новый процесс, который может при необходимости делать искусственные материалы прозрачными или даже полностью невидимыми. Их открытие было недавно опубликовано в известном журнале Научные достижения .
Превращение чего-то в невидимое — распространенный образ в научной фантастике, например, плащ-невидимка в «Гарри Поттере».
Конечно, это звучит круто, но причина, по которой это так часто встречается в историях, заключается в том, что это была бы невероятно полезная технология. Использование для шпионажа и военных действий очевидно, но приложений гораздо больше.
Учитывая его огромную полезность, неудивительно, что над этим активно работают ученые и инженеры. Они также добились значительного прогресса, используя триоксид молибдена, метаматериалы, метаэкраны и диэлектрические материалы для создания плащей-невидимок. Все сводится к правильному управлению светом, и что особенно замечательно, так это то, что инновации в этой области также могут значительно улучшить сенсоры, телекоммуникации, шифрование и многие другие технологии.
Космос, последний рубеж… звездолет «Энтерпрайз» продолжает свою миссию по исследованию галактики, когда все каналы связи внезапно перекрываются непроницаемой туманностью. Во многих эпизодах культового телесериала «Звездный путь» отважная команда должна «осваивать технологии» и «изучать науку» всего за 45 минут эфирного времени, чтобы помочь им выбраться из этого или подобного затруднительного положения до того, как пойдут финальные титры.
Несмотря на то, что они провели в своих лабораториях значительно больше времени, группе ученых из Университета Ростока удалось разработать совершенно новый подход к конструированию искусственных материалов, способных передавать световые сигналы без каких-либо искажений с помощью точно настроенных потоков энергии.
«При распространении света в неоднородной среде происходит рассеяние. Этот эффект быстро превращает компактный направленный луч в рассеянное свечение и знаком всем нам как по летним облакам, так и по осеннему туману», — описывает отправную точку своей команды профессор Александр Шамейт из Института физики Университета Ростока. соображения. Примечательно, что именно микроскопическое распределение плотности материала определяет специфику рассеяния. Самейт продолжает: «Фундаментальная идея индуцированной прозрачности состоит в том, чтобы воспользоваться преимуществом гораздо менее известного оптического свойства, чтобы, так сказать, расчистить путь для луча».
Это второе свойство, известное в области фотоники под загадочным названием неэрмитовости, описывает поток энергии, или, точнее, усиление и ослабление света.
Интуитивно сопутствующие эффекты могут показаться нежелательными — в частности, затухание светового луча из-за поглощения может показаться крайне контрпродуктивным для задачи улучшения передачи сигнала. Тем не менее, неэрмитовы эффекты стали ключевым аспектом современной оптики, и целая область исследований стремится использовать сложное взаимодействие потерь и усиления для расширенных функций.
«Этот подход открывает совершенно новые возможности», — сообщает докторант Андреа Штайнфурт, первый автор статьи. Что касается луча света, становится возможным избирательно усиливать или ослаблять определенные части луча на микроскопическом уровне, чтобы противодействовать любому началу деградации. Чтобы остаться на снимке туманности, ее светорассеивающие свойства можно было полностью подавить. «Мы активно модифицируем материал, чтобы адаптировать его для наилучшей передачи определенного светового сигнала», — объясняет Штайнфурт. «Для этого поток энергии должен точно контролироваться, чтобы он мог сочетаться с материалом и сигналом, как кусочки головоломки».
В тесном сотрудничестве с партнерами из Венского технологического университета исследователи из Ростока успешно справились с этой задачей. В своих экспериментах они смогли воссоздать и наблюдать микроскопические взаимодействия световых сигналов с их недавно разработанными активными материалами в сетях километровых оптических волокон.
Фактически, индуцированная прозрачность — это лишь одна из захватывающих возможностей, вытекающих из этих открытий. Если объект действительно нужно заставить исчезнуть, предотвращения рассеяния недостаточно. Вместо этого световые волны должны возникать за ним совершенно невозмущенными. Однако даже в космическом вакууме одна только дифракция гарантирует, что любой сигнал неизбежно изменит свою форму. «Наше исследование дает рецепт структурирования материала таким образом, что световые лучи проходят так, как будто ни материала, ни самой области пространства, которую он занимает, не существовало. Даже вымышленные маскировочные устройства ромуланцев не могут этого сделать», — говорит соавтор доктор Маттиас Хайнрих, возвращаясь к последнему рубежу «Звездного пути».
Результаты, представленные в этой работе, представляют собой прорыв в фундаментальных исследованиях неэрмитовой фотоники и открывают новые подходы к активной тонкой настройке чувствительных оптических систем, например датчиков для медицинского применения. Другие потенциальные приложения включают оптическое шифрование и безопасную передачу данных, а также синтез универсальных искусственных материалов с заданными свойствами.
Ссылка: «Наблюдение фотонных волн постоянной интенсивности и индуцированной прозрачности в адаптированных неэрмитовых решетках» Андреа Штайнфурт, Ивор Крешич, Себастьян Вайдеманн, Марк Кремер, Константинос Г. Макрис, Матиас Хайнрих, Стефан Роттер и Александр Шамейт, 25 2022, 9 мая0133 Наука .
DOI: 10.1126/sciadv.abl7412
«Плащ-невидимка» Quantum Stealth может скрывать людей и здания
Дженнифер Хан |
Оставить комментарий
Канадская компания по производству камуфляжа Hyperstealth Biotechnology запатентовала технологию материала, преломляющего свет и делающего людей и предметы практически невидимыми невооруженным глазом.
Материал под названием Quantum Stealth в настоящее время все еще находится на стадии прототипирования, но был разработан генеральным директором компании Гаем Крамером в первую очередь для военных целей, чтобы скрыть агентов и оборудование, такое как танки и реактивные самолеты, в полевых условиях.
Помимо того, что материал делает объекты почти невидимыми невооруженным глазом, он также скрывает их от инфракрасных и ультрафиолетовых тепловизоров.
В отличие от традиционных камуфляжных материалов, которые ограничены определенными условиями, такими как леса или пустыни, по словам Крамера, этот «плащ-невидимка» работает в любой среде, в любое время года, в любое время суток.
Это стало возможным благодаря так называемой двояковыпуклой линзе — гофрированному листу, в котором каждое ребро состоит из выпуклой — или изогнутой наружу — линзы.
Чаще всего их можно найти в 3D-закладках или коллекционных футбольных карточках, но в этом случае их оставляют чистыми, а не печатают.
Когда несколько таких двояковыпуклых листов с разным распределением линз наслоены правильным образом, они способны преломлять свет под множеством разных углов, создавая «мертвые зоны».
Свет больше не может проходить через эти точки, скрывая объект за ними из поля зрения, в то время как фон остается неизменным.
«Он изгибает свет, как стакан воды, когда ложка или соломинка внутри него выглядят согнутыми», — сказал Крамер Dezeen. «За исключением того, что я понял, как сделать это с гораздо меньшим объемом и толщиной материала».
«Мы работаем над костюмом, который становится прозрачным, когда вы лжете»
Видео, выпущенные компанией , демонстрируют способность Quantum Stealth работать, даже если материал толщиной с лист бумаги, оставаясь легким и недорогим в производстве, но при этом достаточно прочным, чтобы также блокировать тепловизоры.
Однако остаются некоторые ограничения эффективности материала, поскольку он требует, чтобы субъект или объект находились на определенном расстоянии, чтобы быть скрытыми, и эффект может быть более или менее убедительным, если смотреть под разными углами.
Патент включает 13 различных версий материала, которые позволяют скрывать более крупные предметы, имеют узор для использования во время охоты или способны искажать объект, если он не может быть полностью спрятан.
«Мы работаем с производителями над созданием этих уникальных объективов, — объяснил Крамер. «Изготовленные версии должны быть очень четкими и довольно подробными по сравнению с грубыми прототипами, которые у меня есть в настоящее время. Я ожидаю, что материал будет готов для большинства применений в течение следующих 12 месяцев».
Сюда относится использование для изготовления таких предметов, как щиты для защиты от массовых беспорядков, камуфляжные сети, парашюты или раскладывающиеся палатки.
«Это пока не будет одеждой из-за требуемой дистанции. Я бы сказал, что в какой-то момент в будущем это будет примерно 80-процентной вероятностью», — продолжил он.
Помимо военного применения, Крамер также утверждает, что он смог использовать этот материал, чтобы утроить выход энергии солнечных панелей из-за его большой площади отражающей поверхности.
Предыдущие варианты «плащей-невидимок», разработанных исследователями и учеными, ближе к устройствам, чем к материалам.
К ним относятся Rochester Cloak — система из четырех линз, установленных на расстоянии друг от друга, которая ограничивает исчезновение мелких объектов, — а также маскирующее устройство, сделанное учеными из Университета Дьюка из медных колец, способное преломлять микроволновый свет вокруг объекта.
Даан Русегард рассказал Dezeen несколько лет назад о проекте, который полностью переворачивает эту идею. Вместо материала, который скрывает человека за ним, голландский дизайнер работал над костюмом, который становится прозрачным, когда владелец лжет — что-то, что, по его мнению, можно было бы использовать для «разоблачения нечестных банкиров».
Подпишитесь на нашу рассылку
Ваша электронная почта
Dezeen Debate
Наш самый популярный информационный бюллетень, ранее известный как Dezeen Weekly.
Рассылается каждый четверг и содержит подборку лучших комментариев читателей и самых обсуждаемых историй. Плюс периодические обновления услуг Dezeen и последние новости.
Новинка! Dezeen Agenda
Рассылается каждый вторник и содержит подборку самых важных новостей. Плюс периодические обновления услуг Dezeen и последние новости.
Dezeen Daily
Ежедневный информационный бюллетень, содержащий последние новости от Dezeen.
Dezeen Jobs
Ежедневные обновления последних вакансий в области дизайна и архитектуры, рекламируемых на Dezeen Jobs. Плюс редкие новости.
Dezeen Awards
Новости о нашей программе Dezeen Awards, включая сроки подачи заявок и объявления. Плюс периодические обновления.
Dezeen Events Guide
Новости от Dezeen Events Guide, справочника, посвященного ведущим событиям, связанным с дизайном, происходящим по всему миру. Плюс периодические обновления.