Вчені активно працюють над створенням "плащів-невидимок". Фото: slon.ru
Фахівці з університету Пенсільванії розробили цифровий підхід до створення метаматеріалів. У майбутньому нова технологія дозволить значно полегшити створення таких оптичних пристроїв, створення яких нереалізовано в класичній оптиці – гіперлінзи і "плащі-невидимки".
Електромагнітні метаматеріали – штучні середовища, у яких є незвичні електромагнітні властивості через регулярну структури на масштабах коротше довжини хвилі використовуваного світла. Метаматеріали створюються з метаатомів, композитних структур, які як правило роблять з металу і діелектрика.
Метаатоми коротше довжини хвилі, через що світло "не розуміє", що метаматеріал дискретний. Властивості цього середовища при цьому будуть чутливі до взаємного розташування метаатомов і їх геометрії. У підсумку, можна отримати електромагнітні властивості, яких немає у природних матеріалів, в тому числі настільки незвичні, як негативний показник заломлення.
У своїй роботі вчені запропонували застосовувати для розробки метаатомов і метаматеріалів тільки два елементи, які назвали бітами. Метаатоми, утворені з таких бітів, були названі байтами. Їх властивості залежні від геометрії – внутрішньої товщини чи зовнішньої сфери, а також від матеріалу кожної з частин метаатома. Вони є або плоскими прямокутниками, або концентричними циліндрами або сферами.
Для презентації працездатності своєї концепції вчені показали чисельний розрахунок електромагнітних властивостей ряду пристроїв. Ними стали опукла лінза з неоднорідним розподілом діелектричної проникності, канал з майже нульовою діелектричною проникністю і гіперлінзи (яка здатна створювати зображення предметів, менших за розміром, ніж довжина хвилі використовуваного світла; у звичайній оптиці створення таких лінз неможливе).
Дослідження стало першим кроком до появи реальних цифрових метаматеріалів. Перш комп'ютерні обчислення вчені проводили, вважаючи, що на метаматериал потрапляє монохроматичне світло. Також для спрощення розрахунків всі об'єкти вважали двовимірними. Перехід до тривимірних структур зажадав застосування інших форм метаматеріальних бітів.