|
Новые материалы будут прозрачными или полностью невидимыми
|
|
|
|
Космос, последний рубеж. Звездолет «Энтерпрайз» выполняет свою миссию по исследованию галактики, когда все каналы связи внезапно обрываются непроницаемой туманностью. Во многих эпизодах культового телесериала доблестная команда должна «осваивать технологии» и «изучать науку» всего за 45 минут эфирного времени, чтобы помочь им выбраться из этого или подобного затруднительного положения до того, как пойдут финальные титры. Несмотря на то, что группа ученых из Ростокского университета провела в своих лабораториях значительно больше времени, им удалось разработать совершенно новый подход к конструированию искусственных материалов, способных передавать световые сигналы без каких-либо искажений с помощью точно настроенных потоков энергии. Свои результаты они опубликовали в журнале Science Advances.
|
|
|
|
«Когда свет распространяется в неоднородной среде, он подвергается рассеянию. Этот эффект быстро превращает компактный направленный пучок в рассеянное свечение и знаком всем нам как по летним облакам, так и по осенним туманам», — профессор Александр Шамейт из Института Физика из Университета Ростока описывает отправную точку рассуждений своей команды. Примечательно, что именно микроскопическое распределение плотности материала определяет специфику рассеяния. Самейт продолжает: «Фундаментальная идея индуцированной прозрачности состоит в том, чтобы воспользоваться гораздо менее известным оптическим свойством, чтобы, так сказать, расчистить путь для луча».
|
|
|
Это второе свойство, известное в области фотоники под загадочным названием неэрмитовости, описывает поток энергии или, точнее, усиление и ослабление света. Интуитивно связанные с этим эффекты могут показаться нежелательными — в частности, затухание светового луча из-за поглощения может показаться крайне контрпродуктивным для задачи улучшения передачи сигнала. Тем не менее, неэрмитовы эффекты стали ключевым аспектом современной оптики, и целая область исследований стремится использовать сложное взаимодействие потерь и усиления для расширенных функций.
|
|
|
|
«Этот подход открывает совершенно новые возможности», — сообщает докторант Андреа Штайнфурт, первый автор статьи. Что касается луча света, становится возможным избирательно усиливать или ослаблять определенные части луча на микроскопическом уровне, чтобы противодействовать любому началу деградации. Чтобы остаться на снимке туманности, ее светорассеивающие свойства можно было полностью подавить. «Мы активно модифицируем материал, чтобы адаптировать его для наилучшей передачи определенного светового сигнала», — объясняет Штайнфурт. «Для этого поток энергии должен точно контролироваться, чтобы он мог сочетаться с материалом и сигналом, как кусочки головоломки». В тесном сотрудничестве с партнерами из Венского технологического университета исследователи из Ростока успешно справились с этой задачей. В своих экспериментах они смогли воссоздать и наблюдать микроскопические взаимодействия световых сигналов с их недавно разработанными активными материалами в сетях километровых оптических волокон.
|
|
|
|
На самом деле, индуцированная прозрачность — лишь одна из захватывающих возможностей, вытекающих из этих открытий. Если объект действительно нужно заставить исчезнуть, предотвращения рассеяния недостаточно. Вместо этого световые волны должны возникать за ним совершенно невозмущенными. Однако даже в космическом вакууме одна только дифракция гарантирует, что любой сигнал неизбежно изменит свою форму. «Наше исследование дает рецепт структурирования материала таким образом, что световые лучи проходят так, как если бы ни материал, ни сама область пространства, которую он занимает, не существовали. Даже вымышленные маскирующие устройства ромуланцев не могут этого сделать», — говорится в сообщении. соавтор доктор Маттиас Хайнрих возвращается к последнему рубежу «Звездного пути».
|
|
|
|
Результаты, представленные в данной работе, представляют собой прорыв в фундаментальных исследованиях неэрмитовой фотоники и открывают новые подходы к активной доводке чувствительных оптических систем, например, датчиков для медицинского применения. Другие потенциальные приложения включают оптическое шифрование и безопасную передачу данных, а также синтез универсальных искусственных материалов с заданными свойствами.
|
|
|
|
Источник
|
