Czasami postęp w nowoczesnej technologii można pomylić z magią. Dokładna nauka działa zamiast magii. Jednym z obszarów badań, którego wyniki mogą posłużyć jako ilustracja właściwości „atrybutów wróżek”, jest rozwój i tworzenie metamateriałów.
Z czysto fizycznego punktu widzenia metamateriały to sztucznie uformowane i specjalnie skonstruowane struktury, które mają nieosiągalne w naturze właściwości elektromagnetyczne lub optyczne. Te ostatnie nie są określane nawet przez właściwości ich substancji składowych, ale przez ich strukturę. W końcu z tych samych materiałów można budować domy o podobnym wyglądzie, ale jeden będzie miał doskonałą izolację akustyczną, aw drugim usłyszysz nawet oddech sąsiada z mieszkania naprzeciwko. Jaki jest sekret? Tylko w zdolności budowniczego do dysponowania dostarczonymi funduszami.
Metamateriał / domena publiczna
W tej chwili materiałoznawcy stworzyli już wiele struktur, których właściwości nie występują w przyrodzie, chociaż nie wykraczają poza prawa fizyczne. Na przykład jeden z utworzonych metamateriałów może manipulować falami dźwiękowymi tak dokładnie, że utrzymują w powietrzu małą kulkę. Składa się z dwóch kratownic, połączonych z cegieł wypełnionych termoplastycznymi prętami, które układane są w „węża”. Fala dźwiękowa jest skupiona jak światło w soczewce, a naukowcy są przekonani, że to urządzenie pozwoli im rozwinąć kontrolę dźwięku, aby móc zmieniać jego kierunek, tak jak teraz zmienia się ścieżka wiązki światła za pomocą optyki.
W powietrzu kulę unosi fala dźwiękowa skupiona przez metamateriał / Ilustracja autorstwa RIA Novosti. A. Polyanina
Inny metamateriał może się zmienić. Obiekt składa się z niego bez pomocy rąk, ponieważ zmianę kształtu można zaprogramować! Struktura takiego „inteligentnego” materiału składa się z kostek, z których każda ściana składa się z dwóch zewnętrznych warstw politereftalanu etylenu i jednej wewnętrznej warstwy dwustronnej taśmy klejącej. Taka konstrukcja pozwala na zmianę kształtu, objętości, a nawet sztywności przedmiotu.
Materiał zmieniający kształt 3D opracowany przez Uniwersytet Harvarda / Johannes Overvelde / Bertoldi Lab / Harvard SEAS
Ale najbardziej niesamowitymi właściwościami są metamateriały optyczne, które mogą zmienić wizualne postrzeganie rzeczywistości. „Działają” w zakresie długości fal, które widzi ludzkie oko. To z tych materiałów naukowcy stworzyli tkaninę, z której można zrobić pelerynę niewidkę.
Film promocyjny:
To prawda, że jak dotąd tylko mikro-obiekt może stać się niewidoczny w zakresie optycznym.
Możliwość stworzenia materiału o ujemnym kącie załamania światła przewidział już w 1967 roku radziecki fizyk Wiktor Veselago, ale dopiero teraz pojawiają się pierwsze próbki rzeczywistych struktur o takich właściwościach. Ze względu na ujemny kąt załamania promienie światła zaginają się wokół obiektu, czyniąc go niewidocznym. W ten sposób obserwator zauważa tylko to, co dzieje się za plecami osoby noszącej „cudowny” płaszcz.
Tak artysta wyobrażał sobie niewidzialność nanocloak / grupę Xiang Zhang, Berkeley Lab / UC Berkeley
Najnowsze osiągnięcie w tworzeniu optycznych metamateriałów należy do rosyjskich naukowców z NUST MISIS. Ponadto „składniki” używane najczęściej - powietrze, szkło i woda. Praca naukowców została nagrodzona publikacją w jednym z najwyżej ocenianych czasopism na świecie Scientific Reports przez wydawnictwo Nature.
Alexey Basharin, profesor nadzwyczajny, NUST MISIS, kandydat nauk technicznych / NUST MISIS
„Badanie metamateriałów w zakresie optycznym jest bardzo drogie i trudne, każda taka próbka może kosztować tysiące euro” - powiedział dr Alexei Basharin, naukowiec z Laboratorium nadprzewodzących metamateriałów w NUST MISIS. „Ponadto prawdopodobieństwo błędu podczas formowania takiego systemu jest bardzo wysokie, nawet przy użyciu najbardziej precyzyjnych narzędzi. Jeśli jednak stworzysz materiał o większej skali, w którym nie będzie optycznego (400-700 nm), a radiowego (7-8 cm długości), to fizyka procesu nie zmieni się od takiego skalowania, ale technologia ich tworzenia stanie się prostsza.”
Badając właściwości tworzonych struktur, autorzy pracy wykazali, że tego typu substancja ma jednocześnie kilka praktycznych zastosowań. Przede wszystkim są to czujniki złożonych cząsteczek, ponieważ te ostatnie, wpadając w pole metamateriału, zaczynają świecić. W ten sposób można określić nawet pojedyncze cząsteczki, które potencjalnie mogą znacząco wpłynąć na rozwój np. Kryminalistyki sądowej. Ponadto taki metamateriał może służyć jako filtr światła, oddzielający światło o określonej długości od padającego promieniowania. Ma również zastosowanie jako podstawa do tworzenia ultra niezawodnej pamięci magnetycznej, ponieważ struktura komórek metamateriału zapobiega ich wzajemnemu magnesowaniu się, a tym samym utracie informacji.