Usynlighet med nano-vri

Usynlighetskapper er innen rekkevidde om noen få år, mener et matematiker-team som har utviklet en datamodell for å bøye lysbølger. Nanomaterialer med nye egenskaper vil kunne bende lysbølger forbi objekter, og gjøre fly, ubåter eller det stygge hageskuret til naboen usynlig.

Publisert

Usynlighetskapper har vært en drøm i mange år, lenge før Harry Potter snek seg rundt på Galtvort. Men nanoteknologi og nye materialer har fått forskere til å seriøst undersøke mulighetene for å maskere objekter med usynlighet.

Ved bruk av nanoteknologi vil ingeniører kunne skape kunstige “metamaterialer” med helt nye egenskaper, der molekyler er byttet ut med mikrokretser.

Metamaterialer kan reagere på fysisk påvirkning forskjellig fra vanlige materialer fordi de kan produseres for å reagere på bestemte måter.

For eksempel kan metamaterialer bøye elektromagnetisk stråling, inkludert lysstråling, annerledes enn alle naturlige materialer - så lenge nanokretsene i materialet ikke er fysisk større enn bølgelengden som skal påvirkes.

Lysbølger flyter rundt objektet

Vi ser personer og ting rundt oss fordi de sprer lyset som treffer dem. Matematisk teori har vist at det er mulig å bruke metamaterialer til å bøye lysbølger rundt et objekt, så man i stedet ser forbi og bak objektet.

Utfordringen er å få lysbølgene til å “flyte” forbi objektet uten å brytes og spres, noe som ville gjøre objektet synlig. Til nå har beregninger vist at denne flyten, og dermed usynligheten, ville glippe på nært hold.

Men nå har matematikerne Sébastien Guenneau fra Liverpool universitet og Frédéric Zolla og André Nicolet ved Marseille universitet utviklet en datamodell som viser at kloss holds usynlighet er mulig.

Bøyer rom-dimensjonen

Den nye datamodellen viser at lys kan bøyes rundt et objekt skjult bak en kappe. Dette skjer fordi metamaterialet bøyer rom-dimensjonen, slik planeter og stjerner med stor gravitasjon bøyer romtid i Einsteins generelle relativitetsteori, sier dr. Sébastien Guenneau.

For at kappen skal virke i første omgang må lyset brytes i to eller flere bølger. Dette resulterer i et nytt bølgemønster med lyse og mørke regioner, som trengs for å gjøre et objekt usynlig.

Til nå har det ikke vært klart om fotonene, lyspartiklene, kan splittes og danne nye bølger når lyskilden er tett til objektet. Hvis vi bruker stråleoptiske metoder, der lys forplantes i stråler, brytes fotonene ned på kloss hold så objektet ikke blir usynlig.

Men hvis vi studerer lys i form av bølger kan usynligheten opprettholdes.

Vanskelig å skjule mennesker

Men planlegger du å snike deg usett inn på cupfinalen må du vente noen år.

Rett nok har forskerne begynt å teste metamaterialer i praksis og spår fungerende modeller for radar-usynlighet om relativt kort tid, men optisk usynlighet vil ta lenger tid - sannynligvis ti år.

Og selv da er det neppe flagrende Harry Potter-kapper vi snakker om, men metamaterialer som kan males på jagerfly og ubåter.

Formen og strukturen til fly gjør dem ideelle for usynlighet, fordi de har en fast struktur og bevegelsesmåte. Mennesker og dyr er vanskeligere fordi deres bevegelse er mer fleksibel, så kappen ville synes ved brå bevegelser, forklarer Guenneau.

Superkraftige mikroskoper

Mer enn usynlighet kan forventes fra metamaterialer i årene som kommer.

Andre spennende bruksområder er for eksempel DVDer med mer enn tidoblet kapasitet sammenlignet med neste generasjon HD-DVD, superkraftige mikroskoper som kan studere innsiden av menneskeceller, eller ultralydsensorer som kan avsløre sykdommer i ufødte barn.

Referanse:

Frédéric Zolla, Sébastien Guenneau, André Nicolet og J.B.Pendry: Electromagnetic analysis of cylindrical invisibility cloaks and the mirage effect (Optics Letters, Vol. 32, Issue 9)

Lenke:

Sammendrag av rapporten