Ученые Университета Калифорнии впервые создали материал, способный изменить направление распространения видимого и ближнего инфракрасного света. Эта разработка может заложить основу для повышения разрешения оптического изображения, наносхем высокопроизводительных компьютеров и создания устройств, обеспечивающих невидимость.

 

Одна технология использует металлические слои наносетки. Другая — серебряные нанонити. Применение разработанных метаматериалов позволяет изменить обычное распространение света, заставляя обходить электромагнитную волну вокруг объекта. Использование этой технологии позволит в оптических микроскопах различать отдельные вирусы или молекулы ДНК, при этом разрешение микроскопа должно быть меньше длины волны света.

 

Причина такого поведения заключается в отрицательном коэффициенте преломления. Все материалы природного происхождения имеют положительное преломление. Например, если при положительном коэффициенте преломления мы видим, глядя на водоем, как рыба плавает в воде, то при отрицательном создается впечатление, что та же рыба находится над водной гладью.

 

Уже сообщалось, что некоторым ученым удалось создать метаматериалы, работающие на оптических частотах, но эти двумерные материалы ограничены однослойной структурой из искусственных атомов, чьи свойства преломления не могут быть определены, а трехмерные материалы с отрицательным преломлением способны работать лишь с длинными микроволнами. Причем предыдущие метаматериалы были основаны на физике резонанса, для достижения отрицательного преломления их необходимо было заставить вибрировать на определенной частоте.

 

Человек видит окружающий мир через диапазон электромагнитного излучения, называемый видимым светом, с длинами волн от 400 нм до 700 нм. Для достижения отрицательного преломления необходимо иметь размеры меньше длины рассматриваемой электромагнитной волны. Поэтому неудивительно, что в микроволнах это уже достигнуто, длины которых составляют 1-300 мм.

 

Исследователи уложили вместе чередующиеся слои серебра и непроводящего фторида магния. В итоге, на коротких волнах (1500 нм, ближний инфракрасный диапазон) ученым удалось достичь негативного преломления. Другая группа использовала оксидную матрицу для выращивания серебряных нанонитей в пористом оксиде алюминия. Расстояние между нитями задано меньшим длины волны света в видимом спектре.

 

 

Конфигурация вертикальных нанонитей, которые выстроены параллельно, предназначена только для взаимодействия с электрическим полем световых волн. Магнитное поле, которое колеблется в перпендикулярной плоскости, фактически не влияет на нанонити, значительно сокращая потери энергии.

 

Таким образом, оба материала достигают отрицательно коэффициента преломления путем минимизации энергии, потерянной при прохождении света через образец. В случае с наносеткой, жестко связанные наноцепи пропускают свет и уменьшают потери при прохождении через металлические слои. Исследователям впервые удалось наблюдать отрицательное преломление волн длиной 660 нм, соответствующей видимому свету красного цвета.

 

Инновация заключается в том, что отрицательное преломление достигается без технических приемов. Это преимущество позволит значительно повысить эффективность антенн путем снижения помех. Отрицательный коэффициент преломления также может обратить вспять доплеровский эффект. Однако, несмотря на появившуюся возможность использования отрицательного коэффициента преломления в широком диапазоне волн, до появления плащей невидимости еще далеко, поскольку эти метаматериалы изготовлены из металла и очень хрупки, и организация крупномасштабного производства также является проблемой. Притом это все равно большой шаг вперед.