Nejnovější video
  • Spustit video
Anketa

Plášť neviditelnosti vědcům na dosah

Plášť neviditelnosti vědcům na dosah

Lidská fantazie nezná hranic a stav neviditelnosti je něčím, co ji dráždí již od nepaměti. Zneviditelňující přípravky, tajemné nápoje, Rumburakův plášť. A představte si také, že by jste se přikryli příkrývkou a ta by utajila vaši přítomnost přinejmenším tím, že by se zdánlivě uchoval rovný, nedeformovaný povrch. Této podobě snu o neviditelnosti se tým vědců z Berkeleyho laboratoře na Kalifornské univerzitě pod vedením Xianga Zhanga již velmi přiblížil. Vědci vytvořili přikrývku „neviditelnosti“ z křemíkové struktury v nano-rozměrech, která dokáže opticky utajit existenci pod ní umístěného objektu. Samozřejmě to není realizace pohádky, kdy z viditelného světa zmizne objekt i plášť. V reálných podmínkách je křemíková přikrývka viditelná stále, opticky zmizí jen její tvarová deformace – vyklenutí, které objekt umístěný pod ní způsobuje.

Základní fyzikální princip je poměrně jednoduchý – světelné paprsky, které se odrážejí od vypoukliny se chovají tak, jakoby se odrážely od rovného povrchu. „Snažíme se problém neviditelnosti řešit novým způsobem s použitím dielektrického materiálu.“ vysvětluje Zhang, „Naše optická přikrývka je prvním krokem do budoucnosti, ve které bude možné věci reálně zneviditelňovat. To zároveň představuje také významný krok směrem k transformační optice, která otevírá dvěře možnostem libovolné manipulace se světelnými paprsky. A to vše může být významné pro vývoj nových výkonných mikroskopů a rychlejších počítačů.“

Zhangův tým pracuje na „neviditelnosti“ již dlouhou dobu a využívá k tomu velmi složité meta-materiály – kombinaci kovových a dielektrických složek. Zvláštní optické vlastnosti vyplývají ani ne tak z jejich složení jako spíše z jejich jedinečné vnitřní stavby. Je budovaná z jemných, mřížkám podobných nano- a mikro-metrových struktur, které se na sebe ukládají ve vrtsvách. Jednu vrstvu tvoří stříbro a fluorid horečnatý a druhou stříbrné nanovlákna, které jsou vysráženy v kanálech pórovitého oxidu hlinitého. Rozdílnými optickými vlastnostmi takovýchto kovových metamateriálů přinutili vědci z Berkeleyho laboratoře světlo, aby se obloukem ohnulo do opačného směru a tak  již vlastně vytvořili prototyp „neviditelné přikrývky“.

Její pole působnosti ale pokrývá pouze oblast mikrovlnného záření, pro viditelné světlo zatím není použitelná. Kovové prvky ve struktuře kovových meta-materiálů absorbují ve velké míře vlnovou délku kratší než jsou mikro-vlny. Proto je v dalším kroku nutné vytvořit kovové částice menší, než je vlnová délka záření, ve kterém má taková přikrývka či zařízení fungovat. Navíc je potřeba vyřešit jejich umístění do prostorově vhodné struktury, kterou by bylo možné libovolně modifikovat. A to zůstává výzvou budoucnosti. Ani nejnovější typ Zhangovha „neviditelného pláště“ totiž nefunguje ve spektru viditelného světla (380 až 750 nm), ale  alespoň se k němu blíží. Oblast funkčnosti se přesunula od mikrovlnného záření směrem ke kratším vlnovým délkám, do blízkosti infračerveného záření s vlnovou délkou od 1 400 po 1 800 nm. Základem pro to jsou dielektrické materiály – křemík a oxid křemičitý. První testovaný prototyp se skládá ze tří velmi tenkých vrstev – křemíková podložka je pokrytá vrstvou oxidu křemičitého, třetí vrstvu tvoří znovu plocha z křemíku tlustá pouhých 250 nm (25 stotisícin metru). Tím se vytváří dvoj-dimenzionální svod světelných vln, ve kterém se světlo volně šíří jen dvěma směry. Vertikálně jeho šíření reguluje průchod horní křemíkovou vrstvou, kterou tvoří síť dírek s průměrem přesně 110 nm. Jejich hustota se v oblasti tvarové deformace mění, čímž se mění také index lomu světa a kompenzuje se tak rozptyl světla způsobený zakřivením povrchu. Odražené světelné paprsky se ohýbají rovnoběžně stejně jako by se odrážely od roviny a ne výdutě.
 
Samozřejmě, že ještě nejde o reálný kus zázračné přikrývky, která by mohla utajit předmět pod ní. Testovaná výduť měla totiž plošné rozměry jen 3,8 na 0,4 mikrometru (tisícin milimetru). Materiál však dokázal utajit svoji tvarovou deformaci při světle dopadajícím pod různými úhly. A přestože stále nejde o oblast viditelného světa, vědci tvrdí, že už tento nový materiál je do určité míry skutečným prototypem. Předpokládají, že dalšími zdokonalovacími technologiemi se postupně dostanou až do spektrální oblasti, ve které „zmizení“ předmětů pod zneviditelňující přikrývkou uvidíme na vlastní oči. Cílem dalších výzkumů je tedy zkrácení vlnové délky, ale také utajení předmětu ve všech třech prostorových rozměrech.
 
Článek o plášti neviditelnosti uveřejnil 29. dubna 2009 časopis Nature Materials.

Ilustrační foto: sxc.hu

Přihlášení