Site Sponsors
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Save 20% On a Jenway 7315 Spectrophotometer from Bibby Scientific
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
Save 20% On a Jenway 7315 Spectrophotometer from Bibby Scientific

There is 1 related live offer.

20% Off Jenway Spectrophotometer

Forskare Utveckla nya metamaterial-baserade Cloaking System till dölja objekt i synligt ljus

Published on January 27, 2011 at 6:07 AM

Tanken på att kunna bli osynlig, särskilt genom att helt enkelt täcka upp en person eller ett föremål med en speciell mantel, har en perenn överklagande i science fiction och fantasy litteratur.

Under senare år har forskare funnit sätt att tjäna mycket exotiska "metamaterial" som kan utföra en mycket grov version av detta trick, hålla ett föremål från att upptäckas av en viss specifik frekvens av strålning, som mikrovågsugn, och endast arbetar på mikroskopisk skala . Men ett system som fungerar i vanliga synligt ljus och för föremål stor nog att ses med blotta ögat har varit svårfångade.

Denna bild visar en kalcit kristallen som på ett papper, vilket alla bokstäver för att visa dubbel refraktion.

Nu, ett team av forskare i Singapore-MIT alliansen för forskning och teknik (SMART) Centre har funnit en relativt enkel, billig system som kan dölja ett objekt så stor som ett pepparkorn från insyn i vanligt synligt ljus. Lagets Upptäckten har publicerats online i Physical Review Letters och kommer att visas snart i den tryckta versionen av tidskriften.

Till skillnad från andra försök att producera osynlighet genom att konstruera syntetiska lager material, använder den nya metoden en vanlig, vanlig mineral som kallas kalcit - en kristallin form av kalciumkarbonat, den viktigaste ingrediensen i snäckskal. "Mycket ofta är den självklara lösningen bara sitter där", säger MIT mekanikföretag professor George Barbastathis, en av de nya rapportens medförfattare.

Tidningen var co-skriven av SMART forskarassistent Baile Zhang, MIT forskarassistent Yuan Luo, och SMART forskare Xiaogang Liu, och forskningen har finansierats av Singapores National Research Foundation (NRF) och den amerikanska National Institutes of Health (NIH).

I experimentet redovisas i detta papper, fungerar systemet på ett mycket noggrant kontrollerad inställning: Det objekt som ska döljas (en metall kil i experimentet, eller något mindre än det) är placerad på en plan, horisontell spegel, och ett lager av kalcit kristall - som består av två stycken med motsatta kristall riktlinjer, limmas ihop - placeras ovanpå det. Vid belysning med synligt ljus och sett från en viss riktning, objektet under kalcit lagret "försvinner", och observatören ser scenen som om det fanns någonting alls på toppen av spegeln.

För deras demonstration, satte de MIT-logotypen upp och ner på den lodräta väggen bakom apparaten, placeras så att ett av breven kunde ses direkt via spegeln, medan de andra två låg bakom området med en två millimeter hög kil (höjden av ett pepparkorn) och dölja lager av kalcit. Då var det hela installationen nedsänkt i vätska. De visade att logotypen visades normala, som om det inte fanns någon kil men en plan spegel pjäs, vid belysning med synligt grönt ljus. Varje brist i cloaking effekt skulle ha visat upp som en förskjutning av bokstäverna, men det fanns ingen sådan anomali, och därför var det cloaking operationen bevisas. Med blå eller röd belysning, var cloaking fortfarande är effektiva, men med några smärre förskjutning.

Kalcit har länge varit kända för att ha unika optiska egenskaper, inklusive förmågan att böja (eller bryter) en ljusstråle olika beroende på ljusets polarisation (inriktningen på sin elektriska fält), och dessa egenskaper kan orsaka fenomenet dubbel refraktion, eller se "fördubblas" när man tittar genom kalcit med regelbunden unpolarized ljus. I denna forskning, var de två bitar av kalcit orienterade att böja ljuset på ett sådant sätt att den framväxande strålen, efter att ha gått igenom flera reflektioner och ljusbrytningar, verkade komma direkt från den ursprungliga spegeln vid basen av installationen, snarare än från den faktiska högre punkten ovanför dolda föremål. Den totala optiska väglängden var också bevarade, vilket innebär att inga vetenskapliga optiska instrument möjligen kan avslöja dolda kil.

Sänka ned apparaten i en vätska med en noggrant utvald grad av refraktion bevarar illusionen. Barbastathis säger setup skulle fungera utan vätska, men ljuset är övergången till luft skulle orsaka en del oskärpa som skulle göra effekten mindre övertygande.

I princip Barbastathis säger samma metod kan användas i verkliga situationer för att dölja ett objekt från insyn - och den enda begränsning av storleken på dolda föremål är storleken på kalcit kristallen som är tillgänglig. Teamet betalade ca $ 1000 för den lilla kristallen förr, säger han, men mycket större kan användas för att dölja mycket större objekt. (Den största kända naturliga kristaller av kalcit mäter 7 av 7 meter eller mer än 21 meter i diameter).

För nu är systemet i huvudsak två-dimensionell, begränsa cloaking verkan som en smalt spektrum av vinklar, utanför dessa vinklar är den dolda objekt ganska synlig. "Vi har några idéer för hur man gör det helt tredimensionellt", säger Barbastathis, Singapore forskning professor i optik och professor i maskinteknik. Dessutom skulle teamet vilja eliminera behovet av nedsänkning av systemet i vätskan och få det att fungera i luft.

Bortsett från dess uppenbara potentiella tillämpningar inom försvar eller brottsbekämpning, kan förmågan att göra något osynligt har användningsområden inom forskning, Barbastathis föreslår, såsom att tillhandahålla ett sätt att övervaka djurens beteende utan några synliga distraktion. "Det viktiga är att nu detta är ute i det fria, kommer människor att börja tänka på" hur det kan användas.

Tillfällighet, har en annan oberoende forskargrupp, med bas vid University of Birmingham i Storbritannien publicerade också ett papper den här månaden som beskriver en liknande metod för att uppnå en för synligt ljus osynlighetsmantel med kalcit.

MIT och Birmingham resultat "är två vackra experiment. Jag särskilt gillar deras enkelhet ", säger Ulf Leonhardt, ordförande i teoretisk fysik vid Skottlands University of St Andrews, som var författare till en av de första tidningarna som beskrev en metamaterial-baserat cloaking-system. "Cloaking har inspirerats av forskning om metamaterial", tillägger han, "men, ironiskt nog, dessa cloaking enheter är nästan" hemgjorda ". Istället för avancerade optiska metamaterial som är svåra att göra och har många problem med sina egna, de använder enkla kalcitkristaller. "

Jämfört med tidigare versioner av cloaking system som enbart arbetade för mikroskopiska objekt, och bara när man ser den med hjälp av radio-eller infraröda våglängder, är den nya metoden "närmare science fiction", Barbastathis säger. "Vetenskap är oftast lite av en besvikelse när man jämför med sci-fi", säger han, men i detta fall "Vi kom ett steg närmare" till fantasifulla vision.

Källa: 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