Математическая модель нового класса материалов, так называемых метаматериалов, уже существует, сообщает интернет-портал iXBT.
Cоздание настоящей шапки-невидимки откладывается на дальнюю перспективу
Исследования по теме создания невидимой субмарины ведутся сейчас в университете Дьюка (Duke University), Северная Каролина.
Задача исследователей – сделать субмарину невидимой для гидролокаторов. Такая лодка сможет действовать практически безнаказанно: для ее обнаружения придется разрабатывать устройства, использующие иные физические принципы, либо глубоко модернизировать существующие сонары.
Говоря более корректно, материал, которым будет покрыт корпус лодки-невидимки, должен обладать отрицательным (или левосторонним) коэффициентом преломления.
Впервые идею такого материала высказал в 1968 году советский физик Виктор Веселаго. Он пришел к заключению, что с таким материалом почти все известные оптические явления распространения волн существенно изменяются, хотя в то время материалы с отрицательным коэффициентом преломления еще не были известны.
Веселаго предсказал, что определенные оптические явления будут совершенно другими. Возможно, самым поразительным из них является рефракция – отклонение электромагнитной волны при прохождении границы раздела двух сред.
В нормальных условиях волна появляется на противоположной стороне линии, проходящей перпендикулярно этой границе (нормаль к поверхности).
Однако если один материал (например, воздух или вода) имеет положительный коэффициент преломления, а другой — отрицательный, волна будет появляться на той же стороне нормали к поверхности, что и приходящая волна.
Такая особенность и создает возможность для направления падающего излучения в обход объекта. У природных материалов коэффициент преломления больше 1.
Любопытно, что скорость распространения волн в таких материалах также должна быть отрицательной. Это свойство делает метаматериалы идеальными для маскировки объектов, так как их невозможно обнаружить средствами радио- и акустической разведки в определенном диапазоне частот.
В последние 30 лет исследования явлений, связанных с отрицательным коэффициентом преломления, ведутся по всему миру, особенно после открытия нанотрубок. Причиной интенсификации этих исследований в последние годы стало появление нового класса искусственно модифицированных материалов с особой структурой, которые называются метаматериалами.
Электромагнитные свойства метаматериалов определяются элементами их внутренней структуры, размещенными по заданной схеме на микроскопическом уровне. Собственно структурирующие слои, направляющие волну в обход объекта, состоят из игл размером около 10 нанометров, внедренных в полимер или полупроводник.
Стоимость подобных невидимых покрытий пока поистине астрономическая.
В настоящее время уже существуют метаматериалы, способные замаскировать от наблюдения объекты в диапазонах СВЧ и ИК. В 2006 году был показан прототип устройства из метаматериала, способного делать объекты невидимыми для микроволнового излучения, а год спустя – аналогичное устройство для инфракрасных лучей.
В области видимого света пока делаются лишь первые шаги: создан наноматериал, хорошо работающий в красной области спектра.
Ученые пока не решили, как сочетать в одном покрытии слои, которые могли бы работать во всём диапазоне видимого спектра, и создание настоящей шапки-невидимки откладывается на дальнюю перспективу.
Но даже монохроматический вариант устройства может быть использован, например, для сокрытия объектов от приборов ночного видения, которые, как правило, работают на одной длине волны в ИК-диапазоне. Другое применение – скрыть объект от систем лазерного наведения огнестрельного или другого оружия, сообщает PhysOrg.
По мнению участников исследования, смоделированный подход применим и к акустическим волнам, причем распространяющимся не только в водной среде. В частности, разработку можно применить для улучшения акустических показателей помещений и даже для постройки зданий, защищенных от землетрясений – колебания земной коры будут просто обходить такие постройки, не причиняя им вреда.