Ученые придумали, как достичь эффекта невидимости

МОСКВА, 12 дек - РИА Новости. Ученые ТПУ совместно с зарубежными коллегами разработали и протестировали формулу для создания многонаправленного эффекта оптической невидимости. Они использовали полностью диэлектрическую среду, которая скрывает металлический материал или объект от падающей плоской волны. Результаты исследования опубликованы в журнале Nanomaterials.

Одним из самых интригующих и загадочных оптических явлений является "невидимость". В общем случае оптическая "невидимость" означает, что электромагнитная волна, падающая на объект, должна сохранять свои свойства (амплитуду и фазу) после прохождения через объект. В общем случае это невозможно из-за эффектов дифракции, рефракции и рассеяния волн. Для реализации электромагнитной "невидимости", поле за теневой частью объекта, который предполагается сделать "невидимым" должно быть реконструировано и скорректировано, чтобы оно совпадало с падающей волной.

Пионерские работы в этой области были сделаны Ульфом Леонхардтом и Джоном Брайаном Пендри около 15 лет назад. Новое направление получило название трансформационной оптики. С тех пор ученые предложили много различных физических концепций к построению "невидимых" оптических материалов и поверхностей, сообщил профессор отделения электронной инженерии Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности Томского политехнического университета (ТПУ) Игорь Минин.

«

"В исследовании, начатом под руководством профессора Хамза Курт (Республика Корея) и его ученика Мирбека Турдыева (Киргизия), мы исследовали подход на основе дизайна специальной, окружающей объект полностью диэлектрической структуры из набора элементарных "ячеек", размером существенно меньше длины волны. Эффективные параметры такой структуры были подобраны так, что поле в ее теневой части практически совпадает с падающим полем, то есть электромагнитная волна "не видит" скрытый металлический объект", – рассказал Минин.

Разработанный "плащ" состоит из полилактида (PLA), который представляет собой биоразлагаемый термопластичный полимер с низкими потерями и низким значением диэлектрической проницаемости. Этот диэлектрический материал широко используется в технологии трехмерной аддитивной печати.

"Преимущество и новизна предложенной схемы состоит в том, что в отличие от методов трансформационной оптики, требующей использования искусственных материалов, отсутствующих в природе, наш подход основан на использовании широко распространенных диэлектрических материалов. Используя этот подход, была разработана структура для создания эффекта невидимости, которая обеспечивает его электромагнитное "скрытие" с разных направлений", – пояснил Минин.

Исследования были выполнены на основе моделирования с помощью решения трехмерных уравнений Максвелла, после чего было, используя эффект масштабируемости, проведено их экспериментальное подтверждение в микроволновом диапазоне.

Игорь Минин отметил, что, несмотря на фундаментальный характер работы, рассмотренные эффекты могут быть использованы для создания различных датчиков, которые при интеграции в исследуемую среду не вызывают искажений поля и не влияют на результат измерений. Дальнейшая задача научного коллектива – расширять возможности метода и оптимизировать его характеристики.

ТПУ – участник программы Минобрнауки России "Приоритет 2030".