Композиты-невидимки

Ведущие научно-популярные журналы мира, Nature и Science, опубликовали две статьи американских физиков из Калифорнийского университета Беркли, добившихся заметных успехов в одном из самых перспективных нанотехнологических сегментов - разработке нового класса искусственно модифицированных материалов, так называемых метаматериалов.

Метаматериалы (греч. meta - "между, после, через"; в переносном смысле - "за пределами") состоят из особых многослойных микроструктур, формирующихся на базе пористой тканевой основы и волоконных композитных субстратов-наполнителей. Эти микроструктуры обладают целым рядом удивительных электромагнитных и оптических свойств, в частности отрицательным коэффициентом преломления. Именно последняя специфика метаматериалов привлекает к ним увеличенный заинтересованность широкой общественности, так как в случае создания трехмерных рабочих образцов с отрицательным преломлением в оптическом (видимом) волновом диапазоне в конце концов появится реальная вероятность изготовлять пресловутые костюмы-невидимки и маскировочные покрытия, бывшие ещё окончательно недавно только плодом воображения фантастов и сказочников.

Первый ненатуральный композитный материал с отрицательным коэффициентом преломления в микроволновом диапазоне был получен в 2000 году, и с тех пор ученые всего мира прилагают усилия, чтобы достичь аналогичного результата с больше короткими длинами волн. Принципиальная проблема такова: все линейные размеры структурной основы новых метаматериалов должны быть меньше, чем длины соответствующих электромагнитных волн (только в этом случае вероятно отрицательное преломление).

Важнейшим достижением группы калифорнийских физиков под руководством Цзян Чжана стало приобретение первого трехмерного метаматериала, обладающего отрицательным коэффициентом преломления в ближней инфракрасной области спектра (порядка 1500 нм). Этот материал-вафля состоит из кварцевого субстрата-основы и нанесенного поверх него 21 перемежающегося нанослоя изоляционного фторида магния и проводящего серебра, через которые при помощи пучка ионов были проделаны крошечные отверстия. Исследователи добились нужного оптического эффекта, сняв с макушки этой "вафельной стопки" слой под нужным углом (для придания ей формы призмы).

Во втором эксперименте, главным куратором которого ещё был изобретательный Цзян Чжан, американским ученым удалось в первый раз продемонстрировать отрицательные показатели преломления у трехмерного метаматериала уже в красной части видимого спектра, то есть на длинах волн рядом 660 нм. Только на тот самый раз исследователи применили более стандартную электрохимическую технологию: основа данного метаобразца изготовлена из оксида алюминия, внутри которого было опять проделано море дырок, заполненных расплавом серебра. Направив алый световой проблеск под соответствующим углом на этот образец, ученые зафиксировали у него отрицательное преломление света.

Впрочем, эта победная реляция в то время как живо оспаривается многими независимыми экспертами, утверждающими, что Цзян Чжан и Ко якобы не добились "подлинной трехмерности" метаматериала номер два, потому как он реагировал должным образом только на сильно узконаправленный (поляризованный) пучок световых волн.

Keywords: