Ученые изобрели электронную «шапку-невидимку»

Американские ученые изобрели «широкополосный плащ-невидимку» — новый тип покрытия, способный делать предметы «невидимыми» в широком спектре частот.

Несмотря на напрашивающиеся аналогии с «Гарри Поттером», пока что даже самые передовые разработки в области подобных покрытий работают только для конкретных частот спектра в видимой или микроволновой его частях.

Во всех остальных частотах такие «плащи-невидимки» делают объект лишь еще более заметным, установили физики.

В журнале Physical Review Letters они предложили свое решение: ультратонкую систему электронного покрытия.

«Если вы хотите сделать объект прозрачным при всех углах обозрения и в широкой полосе частот, это хорошее решение, — говорит профессор Андреа Алу из Университета штата Техас в Остине. — Мы рассматриваем возможность практического ее применения, однако пока находимся на начальном этапе работы».

Несмотря на то что внешне это не очень похоже на сказочный плащ Гарри Поттера или Человека-невидимки, принцип работы покрытий не слишком отличается.

Первая рабочая модель устройства, способного скрывать небольшой медный цилиндр от микроволнового излучения, заставляя волны огибать предмет, была продемонстрирована в 2006 году.

Она состояла из тонкого корпуса из метаматериалов — композитных пластиков, атомная структура которых позволяет им приобретать свойства, не существующие в естественных природных условиях.

Подобные скрывающие материалы могут найти применение в военной сфере, в электронной микроскопии, биомедицинском сканировании и энергетических установках.

Пассивные и активные системы

Проблема существующих устройств такого рода состоит в том, что они действуют лишь в строго определенной части спектра — например, микроволновом излучении.

На других частотах такое устройство, наоборот, активно рассеивает излучение и фактически превращается в маяк.

Профессор Алу и его коллеги рассмотрели особенности работы трех «пассивных» устройств, которые не требуют энергоснабжения — плазмонное покрытие, скрывающее покрытие и трансформационно-оптическое покрытие.

Во всех частях спектра, кроме того единственного, на который они были рассчитаны, все три типа устройств рассеивали больше излучения, чем сам предмет, который они скрывали.

«Если вы подавляете рассеивание в одной части спектра, за это приходится расплачиваться в другой его части, причем с процентами», — говорит профессор Алу.

«Например, вы можете изготовить покрытие, которое делает невидимым предмет, освещаемый красным светом. Но если освещать его белым светом, в котором есть все части спектра видимого излучения, такой предмет будет выглядеть ярко-синим и станет еще более заметным», — поясняет он.

Авторы исследования пришли к выводу, что при использовании пассивных устройств полной невидимости предметов достичь невозможно.

«Когда вы окружаете объект каким-либо материалом, чтобы сделать его невидимым, вы так или иначе привносите дополнительное количество материи, и материя эта взаимодействует с электромагнитными волнами», — говорит профессор Алу.

Куда более многообещающими, по его мнению, являются «активные» системы, которые основаны на подводе внешнего питания.

Активные покрытия могут быть более тонкими и менее заметными, чем пассивные.

Группа исследователей во главе с профессором Алу предложила новый тип конструкции, которая использует усилители, покрывая поверхность объекта электрическим полем.

Такое ультратонкое покрытие будет скрывать объект от обнаружения в гораздо более широком спектре частот, чем любая пассивная технология, считают исследователи.

До совершенства еще далеко

Профессор Дэвид Смит из Университета Дьюк, под руководством которого было создано первое скрывающее покрытие в 2006 году, заявил, что новая система является одной из самых совершенных из ему известных.

«Это интересная реализация идеи на практике, но пока — в том виде, в котором она была продемонстрирована, — она ограничена определенными типами скрываемых объектов», — заявил он.

«Даже активные покрытия имеют свои ограничения. Будет интересно проследить за экспериментальной реализацией этих разработок», — полагает ученый.

Профессор Смит, однако, отмечает, что даже несовершенные покрытия такого рода могут оказаться вполне достаточными при создании полезных устройств для практического применения.

Например, покрытие, непрозрачное для радиоизлучения, может оказаться полезным в области связи, сокращая помехи от соседних антенн и помогая радиоволнам обтекать препятствия.

«В обыденном сознании невидимость синонимична прозрачности в видимой части спектра. Но на самом деле видимая часть спектра является лишь крошечной частью всего спектра электромагнитных волн», — говорит он.