Ковер-невидимка: еще немного ближе к сказке

Отчеты о попытках создать «плащ-невидимку» не в тридесятом царстве, а в реальном мире, все чаще появляются на страницах научных журналов. Теперь ученым удалось скрыть от глаз наблюдателя различимый невооруженным глазом объект в широком диапазоне видимого излучения.

Первый «плащ-невидимка», созданный инженерами в 2006 году, довольно долго не сходил со страниц газет и журналов. Это была впечатляющая разработка, но со многими немаловажными ограничениями, не последним из которых было то, что «плащ-невидимка» работал только для одной частоты микроволн.

С тех пор физики ломают головы над вопросом: можно ли сделать нечто подобное для диапазона частот видимого человеческому глазу излучения? В прошлом году несколько исследовательских групп объявило о найденном решении, которое приняло форму «ковра-невидимки», покрывающего лежащий на плоскости объект и прячущего его от глаза наблюдателя в диапазоне оптических частот.

Опять же, эти безусловно интересные разработки обладали рядом ограничений. Во-первых, оптическую основу устройств составляли кремниевые микроструктуры, очень чувствительные к изменению размеров и дорогие в изготовлении. Во-вторых, «ковры-невидимки» скрывали объекты размером лишь несколько микрометров - не намного больше, чем длина волны света.

«Ковер-невидимка», изготовленный Бейлом Чжаном и его коллегами из Массачусетского технологического института (MIT), работает гораздо лучше. Он способен спрятать объект размерами порядка миллиметров в широком диапазоне видимого излучения - от красного до синего.

Более того, этот «ковер-невидимка» изготовлен из кальцита - распространенного и относительно дешевого материала, используемого в оптике. При этом разработчикам не пришлось применять какие-либо высокотехнологичные производственные процессы - хватило обычных методов изготовления оптических линз. «Ковры-невидимки» ложатся поверх объекта и делают его незаметным для глаза наблюдателя. Фокус в том, чтобы заставить свет двигаться так, как если бы он отражался от поверхности, на которой лежит этот объект.

Ранее такого эффекта удавалось достичь с помощью искусственно модифицированных структур, которые направляют свет определенным образом. Эти так называемые метаматериалы сейчас находятся в центре внимания научной общественности (о метаматериале, способном сделать объект невидимым в оптическом диапазоне частот читайте - «Видимо? Невидимо!»).

Однако Чжан и его коллеги выяснили, что существуют природные материалы, способные справится с этой задачей, и кальцит - один из них. Он примечателен тем, что его оптические свойства зависят от направления, в котором свет проходит сквозь этот материал.

Используя эту особенность, ученые смогли создать блок (а точнее, пару блоков) из кальцита, которые работают, как «ковер-невидимка». Они продемонстрировали полученный эффект, скрыв от глаз наблюдателя стальной клин длиной 38 мм и высотой 2 мм. Чжан утверждает, что им первым удалось сделать невидимым такой большой предмет.

Но не обошлось и без ложки дёгтя - ограничений нового «ковра-невидимки». Основное из них - устройство работает «в плоскости», т.е. скрывает предмет только от того, кто глядит на него с определенного направления. Другое ограничение - «ковер-невидимка» работает только с поляризованным светом. Впрочем, это не настолько портит дело, как может показаться вначале. Например, вода поляризует свет - а значит, логично предположить, что устройство будет эффективно под водой.

Не так давно некоторые физики говорили, что «нормальный» плащ-невидимку (каким мы его представляем по сказкам и научной фантастике) не удастся создать никогда, поскольку метаматериалы, как правило, поглощают видимый свет быстрее, чем передают его. Но «плащи-невидимки» становятся все совершеннее и совершеннее, несмотря на столь пессимистические прогнозы. Действительно, не многие технологии получили такое развитие за столь короткий промежуток времени.