Usynlighetskappe i mikroformat

Ved hjelp av nanoteknologi har tyske forskere skapt et materiale som virker som et usynlighetsskjold. På sikt kan teknologien føre til både usynlige soldater og supermikroskop.

Denne artikkelen er over ti år gammel og kan inneholde utdatert informasjon.

Fotonisk krystall

Fotoniske krystaller er nanostrukturer som kan konstrueres til å spre og lede lys på en helt spesiell måte.

Krystallen får egenskapene sine fra den måten det er bygget opp på rent fysisk, i motsetning til de fleste andre materialenes, som får egenskapene sine fra deres kjemiske sammensetning.

På den måten ligner fotonisk krystall det man kaller metamateriale, som imidlertid sprer lyset på en litt annen måte.

Metamateriale er en nyere oppfinnelse, som bygger på kunnskap fra nanoteknologi, kombinert med avanserte databeregninger.
 

Noen ville nok sneket seg inn i jentegarderobene. Andre ville kanskje spionert på kjæresten, ranet en bank eller listet seg om bord på et fly til en tropeøy.

De fleste har drømt om alt det man kunne gjøre hvis man var usynlig, og de siste årene har ny nanoteknologi pustet liv i håpefulle teorier om å konstruere et materiale som kan brukes til å skjule ting for det menneskelige øyet.

Men en gruppe tyskere forskere fra Karlsruhe Institute of Technology, Kit, har tatt skrittet videre fra gjettinger og hypoteser.

De har faktisk skapt en usynlighetskappe – riktignok veldig liten – og anstrengelsene deres er offentliggjort i det vitenskapelige tidsskriftet Science.

Usynlighetsmateriale lurer øynene

Forskerne klarte å gjøre en bule i en gulloverflate usynlig for infrarødt lys ved å legge et bestemt materiale langs gullet.

Materialet var designet til å bryte lyset på en bestemt måte, og det klarte å få lyset spredt i et helt jevnt lag, på tross av bulen. På den måten ble bulen usynlig fra mange forskjellige synsvinkler.

– Så vidt jeg vet er det første gang det er lykkes i 3D og for optiske bølgelengder, sier førsteamanuensis Radu Malureanu, som forsker i fotonikk på Danmark Tekniske Universitet, DTU.

Første gang i 3D

For å skape det spesielle usynlighetsmaterialet måtte forskerne arbeide baklengs.

Først regnet de ut hvordan lyset skulle se ut når det ble spredt av materialet. Ut fra det konstruerte de et spesielt materiale som spredte lyset slik de ønsket det.

Usynlighetsmaterialet var en såkalt fotonisk krystall, som var konstruert av bittesmå celler formet på en bestemt måte, fylt med omhyggelig produsert polymerer.

Resultatene viste at bulen i gulloverflaten var nesten fullstendig usynlig.

Mikroskopiske dimensjoner

Det usynlige materialet var ganske lite – 26 mikrometer ganger 10 mikrometer.

Det betyr at man ville trengt omkring 400 000 for å dekke en tommelfingernegl.

Det skyldes først og fremst at det tar utrolig lang tid å konstruere det fotoniske krystallet med en laser.

I tillegg til å være mikroskopisk lite, så virker usynlighetsmaterialet i forsøket bare på infrarøde bølgelengder.

Hvis det skal virke på alt synlig lys, slik at det blir helt usynlig for det menneskelige øyet, krever det at enhetene i materialet skal være enda mindre. Og det krever enda mer presis laserteknologi.

Nærmere et skjold enn en kappe

Den nye teknologien er dyr, men ikke umulig å utvikle. Og derfor kan en egentlig, brukbar usynlighetskappe være på vei, selv om det fremdeles er langt igjen.

I prinsippet vil det bli mer snakk om et stivt usynlighetsskjold, mener Radu Malureanu fra DTU. Men materialet vil, ideelt sett, kunne lede lyset utenom et gitt objekt – litt som en elv som strømmer rundt en stor stein.

På den måten vil man ikke se objektet, men i stedet det som er bak objektet.

– Det vil muligens aldri komme til å virke perfekt. Men det vil sikkert nå dit hvor du nesten kan se fullt ut hva som er bak objektet. Du vil se det som om du ser det gjennom et stykke glass, sier Malureanu.

Teknologi kan brukes i militæret og som supermikroskop

Også det amerikanske militæret har fattet interesse for området, og støtter forskning i metamateriale, fotonisk krystall og usynlighet på Berkeley University i San Fransisco. De håper at teknologien på et tidspunkt vil kunne brukes til å skjule tanks og soldater.

– Den opplagte bruken er i militæret, men det er også den jeg bryr meg minst om, forteller Malureanu.

Men usynlighetskappen er stadig science fiction, og inntil videre kan de lysledende metamaterialene og fotonisk krystall bli nyttige på helt andre områder.

På DTU forsker Malureanu og hans kolleger blant annet på hvordan man kan bruke metamateriale til å føre lys fra en optisk kabel inn i en ny optisk kabel i en annen størrelse – noe man kan bruke innen telekommunikasjon.

Et annet lovende perspektiv er muligheten for et slags supermikroskop, som kan brukes til å se noen av naturens aller minste deler.

(Illustrasjonsfoto: www.colourbox.no)
(Illustrasjonsfoto: www.colourbox.no)

Selv de beste mikroskopene kan ikke se ting som virus, DNA eller proteiner, fordi de er så små at de sender ut flyktige lysbølger som forfaller ganske raskt, før de når opp i linsen til mikroskopet.

– Hvis man skal se lys med bølgelengder under et par hundre nanometre, må man bruke alle mulige triks. Man må for eksempel bombardere dem med elektroner, og da er det på en måte ikke lengre den opprinnelige tingen du ser, forklarer Malureanu.

Men ved å plassere metamateriale tett på den tingen man vil undersøke, så kan man forsterke lysbølgene slik at det blir mulig å se i et mikroskop.

Så mens det fremdeles er langt til en usynlighetskappe som man kan slenge over skulderen, så kan nanoteknologiens nye metamaterialer også brukes til å se ting vi tidligere ikke har sett.

Referanse:

Three-Dimensional Invisibility Cloak at Optical Wavelengths. Science DOI: 10.1126/science. 1186351.

Lenke:

Radu Malureanus profil

 

Powered by Labrador CMS