Регистрация пройдена успешно!
Пожалуйста, перейдите по ссылке из письма, отправленного на
РИА Наука

Метаматериалы: как создать материю с несуществующими свойствами

© Фото : НИТУ "МИСиС"Оборудование лаборатории "Сверхпроводящие метаматериалы" НИТУ "МИСиС", занимающейся изучением метаматериалов и созданием квантового компьтера
Оборудование лаборатории Сверхпроводящие метаматериалы НИТУ МИСиС, занимающейся изучением метаматериалов и созданием квантового компьтера

МОСКВА, 26 сен — РИА Новости, Ольга Коленцова. Порой достижения современных технологий можно принять за волшебство. Только вместо магии работает точная наука. Одними из областей исследований, результаты которых могли бы вполне послужить иллюстрацией свойств "сказочных атрибутов", являются разработка и создание метаматериалов.

Работа за компьютером. Архивное фото
Математики нашли способ превратить метаматериал в "световой компьютер"Математики выяснили, что свойства метаматериалов можно в теории изменить так, что набор из нескольких разных кусочков таких соединений сможет производить сложные математические операции с одиночными лучами света.
С чисто физической точки зрения метаматериалы представляют собой искусственно сформированные и особым образом выстроенные структуры, обладающие недостижимыми в природе электромагнитными или оптическими свойствами. Последние определяются даже не характеристиками составляющих их веществ, а именно структурой. Ведь из одинаковых материалов можно построить похожие внешне дома, но один будет обладать отличной звукоизоляцией, а в другом вы будете слышать даже дыхание соседа из квартиры напротив. В чем же секрет? Только в умении строителя распоряжаться предоставленными средствами. 

© Фото : Public domain Метаматериал
Метаматериал

На данный момент материаловеды уже создали немало структур, свойства которых не встречаются в природе, хотя и не выходят за рамки физических законов. Например, один из созданных метаматериалов может управлять звуковыми волнами так ювелирно, что те удерживают в воздухе небольшой шарик. Он состоит из двух решеток, собранных при помощи кирпичиков, заполненных термопластовыми стержнями, которые уложены "змейкой". Звуковая волна фокусируется словно свет в линзе, и исследователи считают, что данное устройство позволит им развить управление звуком до возможности изменять его направление, как сейчас меняют ход светового луча при помощи оптики.  

© Иллюстрация РИА Новости . А.ПолянинаШарик удерживается в воздухе звуковой волной, сфокусированной метаматериалом
Шарик удерживается в воздухе звуковой волной, сфокусированной метаматериалом

Другой метаматериал может перестраивать сам себя. Объект из него собирается без помощи рук, ведь изменение формы можно запрограммировать! Структура такого "умного" материала состоит из кубов, каждую стенку которых составляют два внешних слоя из полиэтилентерефталата и один внутренний из двусторонней клейкой ленты. Эта конструкция позволяет изменить форму, объем и даже жесткость объекта. 

© Фото : Johannes Overvelde/Bertoldi Lab/Harvard SEAS3D материал, изменяющий форму, созданный Гарвардским университетом
3D материал, изменяющий форму, созданный Гарвардским университетом

Но самыми удивительными свойствами обладают оптические метаматериалы, которые могут менять визуальное восприятие реальности. Они "работают" в диапазоне волн, которые видит человеческий глаз. Именно из таких материалов ученые создали ткань, из которой можно изготовить плащ-невидимку.

Военнослужащий на стратегических командных учениях
Российские ученые заявили о создании "плаща-невидимки" для армии
Правда, пока невидимым в оптическом диапазоне можно сделать только микрообъект.

Возможность создания материала с отрицательным углом преломления предсказал  еще в 1967 году советский физик Виктор Веселаго, но только сейчас появляются первые образцы реальных структур с такими свойствами. Благодаря отрицательному углу преломления, лучи света огибают объект, делая его невидимым. Таким образом, наблюдатель замечает лишь то, что происходит за спиной надевшего "чудесный" плащ. 

© Фото : Xiang Zhang group, Berkeley Lab/UC BerkeleyТак художник представил себе наноплащ-невидимку
Так художник представил себе наноплащ-невидимку

Последнее достижение в создании оптических метаматериалов принадлежит российским ученым из НИТУ "МИСиС". Причем "ингредиенты" использовались самые обычные воздух, стекло и вода. Работа ученых удостоилась публикации в одном из самых высокорейтинговых журналов мира Scientific Reports издательского дома Nature.

 

© НИТУ "МИСиС"Алексей Башарин, доцент НИТУ "МИСиС", кандидат технических наук
Алексей Башарин, доцент НИТУ МИСиС, кандидат технических наук

"Изучать метаматериалы в оптическом диапазоне очень дорого и сложно, каждый такой образец может стоить тысячи евро, — подчеркнул научный сотрудник лаборатории "Сверхпроводящие метаматериалы" НИТУ "МИСиС", кандидат технических наук Алексей Башарин. К тому же вероятность ошибки при формовании такой системы очень высока даже с применением самых высокоточных инструментов. Однако если создать более крупномасштабный материал, в котором будут не оптические (400-700 нм), а радиоволны (длиной в 7-8 см), физика процесса от такого масштабирования не изменится, зато технология их создания станет проще."

Изучая свойства созданных структур, авторы работы показали, что у такого типа веществ есть сразу несколько практических применений. Прежде всего это сенсоры сложных молекул, так как последние, попадая в поле метаматериала, начинают светиться. Таким способом можно определять даже единичные молекулы, что потенциально может существенно отразиться на развитии, например, судебной криминалистики. Кроме того, такой метаматериал можно использовать как светофильтр, выделяя из падающего излучения свет определенной длины. Еще он применим как основа для создания сверхнадежной магнитной памяти, потому что структура ячеек метаматериала не дает им перемагничивать друг друга и тем самым терять информацию. 

Популярные комментарии
Интересная статья, которая еще раз подтверждает, ни что не нарушает законы физики, просто мы немного знаем об этих законах.
26 сентября 2017, 10:13
Однако, все упирается в источник энергии. Дешевый, простой и энергоемкий. Ядерная электростанция сегодня, это, по сути, это паровая машина, аккумулятора в смартфоне хватает часа на 3-4, потом он превращается в кирпич. Все это будущее без энергии мертво.
26 сентября 2017, 11:13
Рекомендуем
Лента новостей
0
Сначала новыеСначала старые
loader
Онлайн
Заголовок открываемого материала
Чтобы участвовать в дискуссии
авторизуйтесь или зарегистрируйтесь
loader
Чаты
Заголовок открываемого материала