достижение заключается в том, что удается сделать только очень маленькие образцы метаматериалов. Применений пока мало. Но если говорить не об оптике, а о терагерцевом диапазоне (длина волны на два-три порядка больше, чем в оптике), то здесь уже видны и пути применения таких наработок.
Скажем, созданы такие метаматериалы, представляющие собой полоски из пленок полупроводника, свернутые спиралью и покрытые металлом. Они уложены в виде массива на какую-то подложку. Размер этих полосок меньше, чем длина волны, то есть такое излучение воспринимает этот массив усреднено, как некий специфический материал.
Сотрудники нашего института показали в эксперименте, что таким образом удаётся поворачивать плоскость поляризации терагерцевого излучения. Дело в том, что терагерцевый диапазон весьма специфичен, элементная база — источники, преобразователи излучения, фотоприемники для терагерцевого диапазона ещё только появляются. Кстати, у нас в Академгородке недавно построили лазер на свободных электронах. Это как раз источник когерентного терагерцевого излучения. В оптике есть очень большой арсенал оптических элементов — линзы, призмы, дифракционные решётки.
В терагерцевом диапазоне пока практически ничего нет, поэтому создание элемента, который эффективно поворачивает плоскость поляризации, можно считать достойным практическим выходом. Так что применение метаматериалов уже есть, но пока не в оптическом диапазоне.
- Группа учёных для создания своей «невидимки» использовала фотонный кристалл. Почему подходит именно он?
- Фотонным кристаллом называют оптический элемент, в котором есть периодичность — в одном, двух или трёх измерениях. Скажем, есть дифракционная решётка. Это последовательность штрихов, которые периодически расположены на малом расстоянии, сравнимом с длиной волны, скажем, 500 штрихов на 1 миллиметр. Наглядный пример дифракционной решётки — любой компакт-диск. Он имеет примерно 1000 дорожек на 1 миллиметр. В принципе, дифракционную решётку вполне можно назвать фотонным кристаллом, хотя это название появилось намного позже и больше применяется по отношению к двумерным и трёхмерным периодическим структурам.
В данной работе действительно используется образец типа фотонного кристалла. Насколько я понимаю, авторам нужно было создать образец, у которого показатель преломления сложным образом распределён в пространстве. Как именно авторы используют периодичность, присущую фотонным кристаллам, я не понимаю, — для этого надо знакомиться с работой более детально. Вообще, метаматериалы могут и не обладать периодичностью структуры, то есть не быть фотонными кристаллами.
- Зависит ли скрывающая способность «плаща-невидимки» от состава предмета, который надо спрятать?
Зависит. Какое-то количество лучей все-таки попадает на скрываемый предмет, и если он сильно их поглощает, значит, его сложнее скрыть. Это общая ситуация: если у вас очень яркий фонарь, его трудно скрыть дымовой завесой. Он будет пробивать этот дым. А если это что-то тусклое, что и так плохо видно, то и скрыть будет проще.
- Получается, что данное направление не имеет применения и шансов на развитие?
- Это интересный вопрос. То, что сейчас происходит вокруг «невидимости», не ново. Можно провести аналогию, если говорить про оптику, с «замедлением» света или с «остановкой» света. Был бум активности по этому поводу некоторое время назад. Вкратце, суть в том, что в определенных средах возникает очень специфическое взаимодействие с падающим светом.
Внешне это проявляется так, словно свет входит в эту среду и медленно проходит сквозь неё. Это выглядит аномально. При желании можно это назвать замедлением света, но, никаких чудес нет, сейчас вполне понятна суть этого явления. Если кто-то надеялся, что свет можно остановить и запасать на какое- то время, то их надежды, конечно, не оправдались.
Однако возросшее внимание к данной области и большой объём затраченных усилий исследователей позволил получить ряд действительно ценных результатов. Привлечение внимания в науке — это важно, без этого нельзя, так как это — привлечение финансирования в том числе. Поэтому практический выход «невидимости» может оказаться в том, что благодаря вниманию к этой теме делается много исследовательских работ по оптике метаматериалов, при этом вполне можно ожидать получения полезных результатов.
Правда, вряд ли удастся сделать плащ-невидимку, и я думаю, что все, кто работает в этой области, тоже в той или иной степени это понимают. Видимо, подача в таких терминах позволяет поддерживать интерес к теме. Само по себе это неплохо; другое дело, что нужен какой-то баланс. Если дойдёт до спекуляций, как с наноавтомобилями, то, скорее, эффект будет обратный.
- Получается, «идеальный плащ невидимка» это такой плащ, которого не видно?
- Авторы статьи в мартовском Science под идеальным понимали другое. Идеальным плащом может назваться тот, который работает в как можно более широком диапазоне длин волн, и в как можно большем диапазоне углов, то есть они стремились к тому, чтобы с разных точек можно было смотреть на тот же объект и его не видеть.
Если пытаться обобщить материал по этой теме, то нужно учитывать, что были и другие предложения невидимости. Например, телекамеры, которые будут снимать фон за объектом, а объект будет покрыт материалом, который будет показывать изображение с телекамер.
Тогда глядя на объект, мы будем видеть изображение фона, и вроде как предмет будет невидимым. Даже не вдаваясь в подробности, насколько реально все это организовать, можно сразу сказать, что это будет относиться к разряду иллюзий. Ясно и то, как её можно разоблачить.
Человек обладает стереоскопическим зрением, когда он смотрит двумя глазами, он может оценить расстояние до предмета. И если вы посмотрите на то, что вам подается как фон, до которого будто бы полкилометра, вы сразу определите, что источник света, который создает этот «фон», на самом деле расположен, например, в двадцати метрах. Так, даже без каких-то специальных устройств, раскрывается эта иллюзия.
- А разве не получается так, что любой принцип «невидимки» будет иллюзией?
- Сильное ощущение, что так и есть. Потому что если материал почти не взаимодействует с излучением в какой-то области, то он изначально невидим, и скрывать его, в этом случае, и так не нужно. Реализовать ту невидимость, с которой мы знакомы из художественной литературы, вряд ли возможно. В таком случае придётся «выключить» взаимодействие данной материи с излучением. Но как? Такого выключателя у человека нет в арсенале.
В целом, конечно, появление метаматериалов — это большой прогресс, потому что это дает возможность манипулирования разными аспектами распространения света в средах, которые еще недавно казались немыслимыми.
- А что в этом сложнее — теоретически разработки или практические?
- Чтобы рассчитать, как это сделать, по большому счету нужны только компьютеры. Потому что исходная база всей электродинамики состоит в уравнениях Максвелла, которые написаны полтора века назад. Есть весьма много работ, посвященных моделированию метаматериалов. Однако в мире совсем немного лабораторий, в которых могут создавать метаматериалы, особенно для оптического диапазона, у которых «элементарные кирпичики» имеют размеры нанометрового масштаба. Так что, конечно, сложнее
