Forskere Utvikle nye metamaterial-Based Maskering System for å skjule objekter i synlig lys

Published on January 27, 2011 at 6:07 AM

Ideen om å kunne bli usynlig, spesielt ved å bare dekke opp en person eller et objekt med en spesiell kappe, har en flerårig appell i science-fiction og fantasy-litteratur.

I de senere årene har forskere funnet måter å lage veldig eksotisk "metamaterials" som kan utføre en veldig grov versjon av dette trikset, holde et objekt fra å bli oppdaget av en viss bestemt frekvens av stråling, slik som mikrobølgeovner, og bare jobbe på mikroskopiske skalaer . Men et system som fungerer i vanlige synlig lys og for gjenstander stor nok til å bli sett med det blotte øye har vært unnvikende.

Dette bildet viser en kalsitt krystall lagt på et papir, slik at alle bokstavene for å vise doble refraksjon.

Nå, et team av forskere i Singapore-MIT Alliance for forskning og teknologi (SMART) Centre har funnet en relativt enkel, rimelig system som kan skjule et objekt så stor som et pepperkorn fra visningen i vanlige synlig lys. Lagets Oppdagelsen er publisert online i Physical Review Letters og vil vises snart i den trykte versjonen av tidsskriftet.

I motsetning til andre forsøk på å produsere usynlighet ved å konstruere syntetiske lagdelte materialer, bruker den nye metoden en ordinær, vanlig mineral kalt kalsitt - et krystallinsk form for kalsiumkarbonat, den viktigste ingrediensen i skjell. "Veldig ofte, er den åpenbare løsningen bare sitter der," sier MIT mekanisk-engineering professor George Barbastathis, en av de nye rapportens medforfattere.

Papiret var medforfatter av SMART postdoktor Baile Zhang, MIT postdoktor Yuan Luo, og SMART forsker Xiaogang Liu, og forskningen ble finansiert av Singapores National Research Foundation (NRF) og det amerikanske National Institutes of Health (NIH).

I forsøket rapportert i dette papiret, fungerer systemet i en meget nøye kontrollert innstilling: Det objektet som skal skjules (et metall kile i forsøket, eller noe mindre enn det) er plassert på en flat, vannrett speil, og et lag av kalsitt krystall - består av to stykker med motsatt krystall orientering, limt sammen - er plassert på toppen av det. Når opplyst av synlig lys og sett fra en bestemt retning, objekt under kalsitt layer "forsvinner", og observatøren ser scenen som om det var noe i det hele tatt på toppen av speilet.

For demonstrasjon deres, la de den MIT-logoen opp-ned på den loddrette veggen bak apparatet, plassert slik at ett av brevene kan sees direkte via speilet, mens de to andre sto bak området med en 2-millimeter høye kile (høyden på en pepperkorn) og skjule lag av kalsitt. Deretter ble hele oppsettet nedsenket i væske. De viste at logoen virket normale, som om det ikke var wedge, men et flatt speil stykke, når belyst med synlig grønt lys. Eventuelle ufullkommenhet i maskering effekten ville ha vist seg som en forskyvning av bokstaver, men det var ingen slike avvik, derfor var maskering drift bevist. Med blå eller rød belysning, var maskering fremdeles effektive, men med noen liten forskyvning.

Kalsitt har lenge vært kjent for å ha unike optiske egenskaper, inkludert muligheten til å bøye (eller brekker) en lysstråle ulikt avhengig av lysets polarisering (retningen på sin elektriske felt), og disse egenskapene kan føre til at fenomenet dobbelt brytning, eller se "doubles" når man ser gjennom kalsitt med regelmessige unpolarized lys. I denne forskningen, var to stykker av kalsitt orientert å bøye lyset slik at den nye strålen, etter å ha gått gjennom flere refleksjoner og lysbrytninger, syntes å være som kommer direkte fra den opprinnelige speilet ved foten av setup, snarere enn fra den faktiske høyere punkt over skjult objekt. Den totale optisk bane ble også bevart, noe som betyr ingen vitenskapelig optisk instrument kan muligens avdekke innhyllet kile.

Submerging apparatet i en væske med en nøye utvalgt grad av refraksjon bevarer illusjon. Barbastathis sier setup ville fungere uten væske, men lyset overgang til luft vil føre til at enkelte uskarphet som ville gjøre effekten mindre overbevisende.

I prinsippet, Barbastathis sier, den samme metoden kan brukes i virkelige situasjoner for å skjule et objekt fra visningen - og den eneste begrensningen på størrelsen av den skjulte objektet er størrelsen på kalsitt krystall som er tilgjengelig. Teamet betalte ca $ 1000 for den lille krystall den brukt, sier han, men mye større de kunne brukes til å skjule mye større objekter. (Den største kjente naturlige krystall av kalsitt måler 7 x 7 meter, eller mer enn 21 meter i diameter).

For nå er systemet i hovedsak to-dimensjonale, begrense maskering effekten til et smalt spekter av vinkler; utenfor disse vinkler, er innhyllet objekt ganske synlig. "Vi har noen ideer for hvordan å gjøre det helt tredimensjonal", sier Barbastathis, Singapore forskningsråd professor i optikk og professor i Mechanical Engineering. I tillegg vil teamet ønsker å eliminere behovet for fordype systemet i væske og gjøre det arbeidet i luft.

Bortsett fra den åpenbare potensielle anvendelser i forsvaret eller politi, kan evnen til å gjengi noe usynlig har bruk i forskning, Barbastathis antyder, slik som å tilby en måte å overvåke dyrenes atferd uten noen synlig distraksjon. "Det viktige er at nå er ute i det fri, vil folk begynne å tenke på" hvordan den kan brukes.

Tilfeldigvis har en annen uavhengig forskning team, basert ved University of Birmingham i Storbritannia, har også publisert en artikkel denne måneden beskriver en lignende metode for å oppnå en synlig lys usynlighetskappen med kalsitt.

The MIT og Birmingham resultater "er to vakre eksperimenter. Jeg liker spesielt sin enkelhet ", sier Ulf Leonhardt, stol i teoretisk fysikk ved Skottlands University of St. Andrews, som var forfatteren av en av de første avisene som beskrev en metamaterial-basert maskering system. "Maskering er inspirert av forskning på metamaterials," tilføyer han, "men, ironisk nok, disse maskering enhetene er nesten" hjemme-laget. " I stedet for avansert optisk metamaterials som er vanskelige å lage og har mange problemer av sine egne, bruker de enkle kalsitt krystaller. "

Sammenlignet med tidligere versjoner av maskering systemer som bare jobbet for mikroskopiske objekter, og bare sett bruk av radio-eller infrarøde bølgelengder, er den nye tilnærmingen "nærmere science fiction," Barbastathis sier. "Vitenskap er vanligvis litt skuffende når du sammenligner det til sci-fi," sier han, men i dette tilfellet "vi kom ett skritt nærmere" til den fantasifulle visjonen.

Kilde: http://web.mit.edu/

Last Update: 5. October 2011 18:46

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit