Tha “Capannan Invisibility” fhathast do-fhaicsinneach

Is e am fear as ùire ann an sreath de “cloaks of invisibility” am fear a rugadh aig Oilthigh Rochester (1), a bhios a’ cleachdadh an t-siostam optigeach iomchaidh. Ach, tha luchd-amharais ga ainmeachadh mar sheòrsa de chleas mì-mhodhail no buaidh shònraichte, anns a bheil siostam lionsa ciallach a 'toirt air falbh solas agus a' mealladh lèirsinn an neach-amhairc.

Tha matamataigs gu math adhartach air cùl a h-uile càil - feumaidh luchd-saidheans a chleachdadh gus faighinn a-mach mar a shuidhicheas iad an dà lionsa gus am bi an solas air a thionndadh gus an urrainn dhaibh an rud fhalach dìreach air an cùlaibh. Bidh am fuasgladh seo ag obair chan ann a-mhàin nuair a choimheadas tu gu dìreach air na lionsan - tha ceàrn 15 ceum no ceàrn eile gu leòr.

1. "Invisibility Cap" bho Oilthigh Rochester.

Faodar a chleachdadh ann an càraichean gus cuir às do spotan dall ann an sgàthan no ann an seòmraichean obrachaidh, a’ leigeil le lannsairean faicinn tro na làmhan aca. Seo fear eile ann an sreath fhada de dh’aithrisean mu dheidhinn teicneòlas neo-fhaicsinneacha tha air tighinn thugainn o chionn beagan bhliadhnaichean.

Ann an 2012, tha sinn mu thràth air cluinntinn mu dheidhinn an "Cap of Invisibility" bho Oilthigh Dhiùc Ameireaganach. Is e dìreach an fheadhainn as fiosrachail a leugh an uairsin gun robh e mu dheidhinn neo-fhaicsinneachd siolandair beag ann am criomag bheag den speactram microwave. Bliadhna roimhe sin, thug oifigearan Diùc cunntas air teicneòlas sonar stealth a dh’ fhaodadh a bhith gealltanach ann an cuid de chearcaill.

Gu mì-fhortanach, bha neo-fhaicsinneachd a-mhàin bho shealladh sònraichte agus ann an raon cumhang, a rinn an teicneòlas gun mòran feum. Ann an 2013, mhol na h-innleadairean gun sgur aig Diùc inneal clò-bhuailte 3D a bha a’ falach nì a chaidh a chuir a-staigh le meanbh-thuill san structar (2). Ach, a-rithist, thachair seo ann an raon cuingealaichte de thonnan agus dìreach bho shealladh sònraichte.

Bha na dealbhan a chaidh fhoillseachadh air an eadar-lìn a’ coimhead gealltanach companaidh cape à Canada Hyperstealth, a chaidh a shanasachadh ann an 2012 fon ainm inntinneach Quantum Stealth (3). Gu mì-fhortanach, cha deach prototypes obrach a dhearbhadh a-riamh, agus cha deach mìneachadh mar a tha e ag obair. Tha a 'chompanaidh ag ainmeachadh cùisean tèarainteachd mar an adhbhar agus ag aithris gu dìomhair gu bheil iad ag ullachadh dreachan dìomhair den toradh airson an airm.

Monitor aghaidh, camara cùil

A 'chiad ùr-nodhacaip neo-fhaicsinneachd» Air a thoirt a-steach o chionn deich bliadhna leis an innleadair Iapanach an t-Oll. Susumu Tachi bho Oilthigh Tokyo. Chleachd e camara air a chuir air cùl fear le còta air a bha cuideachd na monitor. Chaidh an ìomhaigh bhon chamara cùil a chuir air adhart. Bha an duine le cleòc “neo-fhaicsinneach”. Tha cleas coltach ris air a chleachdadh leis an inneal breug-riochd carbad Adaptiv a chaidh a thoirt a-steach anns an deichead roimhe le BAE Systems (4).

Bidh e a’ taisbeanadh ìomhaigh infridhearg “bhon chùl” air armachd an tanca. Gu sìmplidh chan fhaicear inneal mar seo ann an innealan seallaidh. Thàinig am beachd mu bhith a’ falach nithean ann an 2006. Dh’ fhoillsich John Pendry bho Imperial College London, Dàibhidh Schurig agus Dàibhidh Mac a’ Ghobhainn bho Oilthigh Dhiùc an teòiridh “transformation optics” anns an iris Science agus thug iad seachad mar a tha e ag obair a thaobh microwaves (tonn-tonn nas fhaide na solas faicsinneach).

2. "Caip neo-fhaicsinneachd" air a chlò-bhualadh ann an trì tomhasan.

Le cuideachadh bho metamaterials iomchaidh, faodar tonn electromagnetic a lùbadh gus a dhol seachad air an rud mun cuairt agus tilleadh chun t-slighe gnàthach aige. Is e am paramadair a tha a’ comharrachadh freagairt optigeach coitcheann a’ mheadhan an clàr-amais ath-tharraingeach, a tha a’ dearbhadh cia mheud uair nas slaodaiche na ann am falamh, bidh solas a’ gluasad sa mheadhan seo. Bidh sinn ga obrachadh a-mach mar bhunait an toraidh de permeability dealain is magnetach coimeasach.

permeability dealain coimeasach; a’ dearbhadh cia mheud uair a tha an fheachd eadar-obrachaidh dealain ann an stuth sònraichte nas lugha na an fheachd eadar-obrachaidh ann am falamh. Mar sin, tha e na thomhas air cho làidir sa tha na cosgaisean dealain taobh a-staigh stuth a’ freagairt air raon dealain a-muigh. Tha ceadachd dearbhach aig a’ mhòr-chuid de stuthan, a tha a’ ciallachadh gu bheil an aon chiall fhathast aig an raon a dh’ atharraich an stuth ris an raon a-muigh.

Bidh an permeability magnetach coimeasach m a’ dearbhadh mar a bhios an raon magnetach ag atharrachadh ann an àite làn de stuth sònraichte, an taca ris an raon magnetach a bhiodh ann am falamh leis an aon stòr raon magnetach taobh a-muigh. Airson a h-uile stuth a tha a’ tachairt gu nàdarra, tha an permeability magnetach coimeasach dearbhach. Airson meadhanan follaiseach leithid glainne no uisge, tha na trì meudan deimhinneach.

An uairsin tha solas, a’ dol seachad air falamh no èadhar (chan eil paramadairean adhair ach beagan eadar-dhealaichte bho falamh) a-steach don mheadhan, air a thionndadh a-steach don lagh ath-dhealbhachaidh agus tha an co-mheas de shine ceàrn an tachartais ri sine na ceàrn ath-dhealbhachaidh. co-ionann ris a’ chlàr-amais ath-tharraingeach airson a’ mheadhan seo. Tha an luach nas lugha na neoni; agus tha m a 'ciallachadh gu bheil na dealanan taobh a-staigh a' mheadhan a 'gluasad an taobh eile ris an fhorsa a chruthaich an raon dealain no magnatach.

Is e seo dìreach a thachras ann am meatailtean, anns a bheil an gas dealanach an-asgaidh a’ dol tro na h-oscillations aige fhèin. Mura h-eil tricead tonn electromagnetic nas àirde na tricead nan oscillations nàdarra sin de eleactronan, bidh na h-oscillations sin a ’sgrionadh raon dealain na tuinn cho èifeachdach is nach leig iad leis a dhol a-steach gu domhainn a-steach don mheatailt agus eadhon cruthaich raon air a stiùireadh mu choinneamh. don raon a-muigh.

Mar thoradh air an sin, tha ceadachd stuth mar sin àicheil. Leis nach urrainn dha a dhol a-steach gu domhainn a-steach don mheatailt, tha rèididheachd electromagnetic air a nochdadh bho uachdar a ’mheatailt, agus bidh am meatailt fhèin a’ faighinn luster àbhaisteach. Dè nam biodh an dà sheòrsa ceadachd àicheil? Chaidh a 'cheist seo fhaighneachd ann an 1967 leis an neach-fiosaig Ruiseanach Viktor Veselago. Tha e a ’tionndadh a-mach gu bheil clàr-amais ath-tharraingeach a leithid de mheadhan àicheil agus gu bheil solas air a thionndadh ann an dòigh gu tur eadar-dhealaichte na a’ leantainn bhon lagh àbhaisteach ath-tharraing.

5. Ath-dhealbhadh àicheil air uachdar metamaterial - fradharc

An uairsin thèid lùth na tonn electromagnetic a ghluasad air adhart, ach gluaisidh an ìre as àirde den tonn electromagnetic an taobh eile gu cumadh a’ chasg agus an lùth a chaidh a ghluasad. Chan eil stuthan mar sin ann an nàdar (chan eil stuthan ann le permeability magnetach àicheil). Is ann dìreach anns an fhoillseachadh 2006 a chaidh ainmeachadh gu h-àrd agus ann am mòran fhoillseachaidhean eile a chaidh a chruthachadh anns na bliadhnaichean às deidh sin, bha e comasach cunntas a thoirt air agus, mar sin, structaran fuadain a thogail le clàr-amais ath-tharraing àicheil (5).

Canar metamaterials riutha. Tha an ro-leasachan Grèigeach "meta" a 'ciallachadh "às deidh", is e sin, is iad sin structaran air an dèanamh le stuthan nàdarra. Bidh metamaterials a’ faighinn na feartan a dh’ fheumas iad le bhith a’ togail chuairtean beaga bìodach a tha coltach ri feartan magnetach no dealain an stuth. Tha permeability dealain àicheil aig mòran de mheatailtean, agus mar sin tha e gu leòr rùm fhàgail airson eileamaidean a bheir seachad freagairt magnetach àicheil.

An àite meatailt aon-ghnèitheach, tha mòran uèirichean meatailt tana air an rèiteachadh ann an cruth cliath ciùbach ceangailte ri truinnsear de stuth inslithe. Le bhith ag atharrachadh trast-thomhas nan uèirichean agus an astar eadar iad, tha e comasach na luachan tricead atharrachadh aig am bi permeability dealain àicheil aig an structar. Gus permeability magnetach àicheil fhaighinn anns a ’chùis as sìmplidh, tha an dealbhadh air a dhèanamh suas de dhà fhàinne briste air an dèanamh le deagh stiùiriche (mar eisimpleir, òr, airgead no copar) agus air an sgaradh le còmhdach de stuth eile.

Canar resonator fàinne sgoltadh ris an t-siostam seo - air a ghiorrachadh mar SRR, bhon Bheurla. Resonator fàinne roinnte (6). Mar thoradh air na beàrnan anns na fàinneachan agus an astar eadar iad, tha comas sònraichte aige, leithid capacitor, agus leis gu bheil na fàinneachan air an dèanamh de stuth giùlain, tha inductance sònraichte aige cuideachd, i.e. comas sruthan a ghineadh.

Bidh atharrachaidhean anns an raon magnetach a-muigh bhon tonn electromagnetic ag adhbhrachadh sruth sruthadh anns na fàinneachan, agus tha an sruth seo a’ cruthachadh raon magnetach. Tha e a ’tionndadh a-mach, le dealbhadh iomchaidh, gu bheil an raon magnetach a chruthaich an siostam air a stiùireadh mu choinneamh an achadh a-muigh. Bidh seo a’ leantainn gu permeability magnetach àicheil de stuth anns a bheil na h-eileamaidean sin. Le bhith a’ suidheachadh paramadairean an t-siostam metamaterial, gheibh duine freagairt àicheil àicheil ann an raon farsaing de tricead tonn.

togail meta

Is e bruadar an luchd-dealbhaidh siostam a thogail anns am biodh na tonnan a’ sruthadh timcheall an nì (7). Ann an 2008, chruthaich luchd-saidheans aig Oilthigh California, Berkeley, airson a 'chiad uair ann an eachdraidh, stuthan trì-thaobhach aig a bheil clàr-amais àicheil airson solas faicsinneach agus faisg air fo-dhearg, a' lùbadh solas ann an taobh mu choinneamh a stiùireadh nàdarra. Chruthaich iad meata-stuth ùr le bhith a’ cothlamadh airgead le magnesium fluoride.

An uairsin tha e air a ghearradh ann am matrix anns a bheil snàthadan beaga. Thathas air a bhith a’ faicinn iongantas ath-dhealbhachaidh àicheil aig tonnan de 1500 nm (faisg air fo-dhearg). Tràth ann an 2010, chruthaich Tolga Ergin bho Institiud Teicneòlais Karlsruhe agus co-obraichean aig Imperial College London do-fhaicsinneach cùirteir aotrom. Chleachd an luchd-rannsachaidh stuthan a bha rim faighinn air a’ mhargaidh.

Chleachd iad criostalan photonic air an cur air uachdar gus còmhdach microscopach a chòmhdach air truinnsear òir. Mar sin chaidh an metamaterial a chruthachadh bho lionsan sònraichte. Tha na lionsan mu choinneimh a’ chroit air a’ phlàta air an suidheachadh ann an dòigh is gum bi iad, le bhith a’ diùltadh pàirt de na tonnan solais, a’ cuir às do sgapadh solais air a’ bhoth. Le bhith a 'coimhead air a' phlàta fo mhiocroscop, a 'cleachdadh solas le tonn-tonn faisg air solas faicsinneach, chunnaic an luchd-saidheans truinnsear còmhnard.

Nas fhaide air adhart, bha e comasach dha luchd-rannsachaidh bho Oilthigh Dhiùc agus Colaiste Imperial Lunnainn sealladh àicheil fhaighinn air rèididheachd microwave. Gus a 'bhuaidh seo fhaighinn, feumaidh eileamaidean fa leth den structar metamaterial a bhith nas lugha na tonn-tonn an t-solais. Mar sin is e dùbhlan teignigeach a th’ ann a dh’ fheumas structaran meata-stuthan glè bheag a thoirt a-mach a tha a rèir tonn an t-solais a tha còir aca ath-tharraing.

Tha tonn-tonn de 380 gu 780 nanometers aig solas faicsinneach (fiolet gu dearg) (tha nanometer aon bhilleanamh de mheatair). Thàinig nanoteicneòlaichean bho Oilthigh Albannach Chill Rìmhinn gu an teasairginn. Fhuair iad aon shreath de mheata-stuth fìor dhlùth. Tha duilleagan an New Journal of Physics a’ toirt cunntas air metaflex a tha comasach air tonnan de mu 620 nanometers a lùbadh (solas orains-dearg).

Ann an 2012, thàinig buidheann de luchd-rannsachaidh Ameireaganach aig Oilthigh Texas ann an Austin suas le cleas gu tur eadar-dhealaichte a 'cleachdadh microwave. Bha siolandair le trast-thomhas de 18 cm air a chòmhdach le stuth plasma bacadh àicheil, a leigeas leis na feartan a làimhseachadh. Ma tha dìreach na feartan optigeach mu choinneamh an nì falaichte, cruthaichidh e seòrsa de “àicheil”.

Mar sin, bidh an dà thonn a’ dol thairis air agus bidh an nì do-fhaicsinneach. Mar thoradh air an sin, faodaidh an stuth lùbadh grunn raointean tricead eadar-dhealaichte den tonn gus am bi iad a 'sruthadh timcheall an nì, a' tighinn còmhla air an taobh eile dheth, a dh 'fhaodadh nach bi e follaiseach do neach-amhairc bhon taobh a-muigh. Tha bun-bheachdan teòiridheach ag iomadachadh.

O chionn timcheall air dusan mìos, dh’ fhoillsich Advanced Optical Materials artaigil mu sgrùdadh a dh’ fhaodadh a bhith ùr-nodha le luchd-saidheans aig Oilthigh Central Florida. Cò aig a tha fios mura do shoirbhich leotha faighinn seachad air na cuingeadan a th’ ann mu thràth air “adan neo-fhaicsinneach» Air a thogail bho stuthan meata. A rèir an fhiosrachaidh a dh’ fhoillsich iad, tha e comasach an nì a dhol à bith anns an raon solais faicsinneach.

7. Dòighean teòiridheach air solas a lùbadh air nì neo-fhaicsinneach

Tha Debashis Chanda agus an sgioba aige a’ toirt cunntas air cleachdadh metamaterial le structar trì-thaobhach. Bha e comasach faighinn air sgàth an t-ainm ris an canar. clò-bhualadh nanotransfer (NTP), a bhios a’ dèanamh teipichean meatailt-dielectric. Faodar an clàr-amais refractive atharrachadh le dòighean nanoengineering. Feumar smachd a chumail air an t-slighe iomadachaidh solais ann an structar uachdar trì-thaobhach an stuth a ’cleachdadh an dòigh ath-shuidheachadh electromagnetic.

Tha luchd-saidheans gu math faiceallach anns na co-dhùnaidhean aca, ach bhon tuairisgeul air an teicneòlas aca tha e gu math soilleir gu bheil còmhdach de stuth mar sin comasach air tonnan electromagnetic a chuir sìos gu ìre mhòr. A bharrachd air an sin, tha an dòigh anns a bheilear a’ faighinn an stuth ùr a’ ceadachadh raointean mòra a thoirt gu buil, a thug air cuid bruadar mu luchd-sabaid còmhdaichte le breug-riochd mar sin a bheireadh dhaibh. neo-fhaicsinneachd coileanta, bho radar gu solas an latha.

Cha bhith innealan falaich a’ cleachdadh metamaterials no dòighean optigeach ag adhbhrachadh gun tèid nithean à bith, ach dìreach an neo-fhaicsinneachd a thaobh innealan lorgaidh, agus a dh’ aithghearr, is dòcha, don t-sùil. Ach, tha beachdan nas radaigeach ann mu thràth. Mhol Jeng Yi Lee agus Ray-Kuang Lee bho Oilthigh Tsing Hua Nàiseanta Taiwan bun-bheachd teòiridheach de “cleòc neo-fhaicsinneachd” cuantamach a tha comasach air nithean a thoirt air falbh chan ann a-mhàin bho raon an t-seallaidh, ach cuideachd bho fhìrinn gu h-iomlan.

Obraichidh seo coltach ris na chaidh a dheasbad gu h-àrd, ach thèid an co-aontar Schrödinger a chleachdadh an àite co-aontaran Maxwell. Is e an t-amas raon coltachd an nì a shìneadh gus am bi e co-ionann ri neoni. Gu teòiridheach, tha seo comasach aig an microscale. Ach, bheir e ùine mhòr feitheamh airson na comasan teicneòlach airson a leithid de chòmhdach a dhèanamh. Mar sam bith"caip neo-fhaicsinneachd“A dh’ fhaodar a ràdh gu robh i dha-rìribh a’ falach rudeigin bho ar sealladh.