Знание - сила, 2007 № 03 (957)

Как сообщили на страницах «Science» Смит и Пендри, эта система маскировки выдержала «боевое крещение». На экране локатора вместо цилиндра вдруг вырисовалась подставка, на которой он лежал. «Только она стала немного темнее и чуть расплылась», — так комментирует увиденную картину очевидец. Микроволны практически не проникали внутрь конструкции. Впрочем, из-за электрических потерь в метаматериале излучение заметно ослабло. Так что внимательный наблюдатель, приглядевшись к фону, пожалуй, разглядел бы очертания цилиндра. Он не растворился, а, так сказать, «замаскировался», как хамелеон.

«Мы слишком спешили, — признает Дэвид Смит, — а потому защитный экран оставляет желать лучшего. Предстоит еще много работы». Опыт показал, что маскировочные системы из метаматериалов можно конструировать, но сделан лишь «детский шаг» на пути к их созданию. «Мы не можем даже сказать, научимся ли когда-нибудь делать предметы невидимыми, как в книгах о Гарри Поттере».

Пока «шапка-невидимка» эффективна лишь в узком — микроволновом — диапазоне частот (в нем работают радиолокационные установки, а также беспроводные средства коммуникации, например, Bluetooth). Во всем остальном спектре электромагнитного излучения, в том числе в оптической его части, медный цилиндр виден всем.

Именно в этом кроется главный недостаток концепции, отмечает Джон Пендри. Но, очевидно, можно создать поверхность с регулируемыми электромагнитными свойствами — та будет маскировать объект сразу в нескольких диапазонах частот. Над этим сейчас и работают исследователи.

Еще одна проблема в том, что данный эффект срабатывает, лишь когда длина волны излучения сопоставима с размерами объекта. Поэтому в оптическом диапазоне можно экранировать разве что микроскопически малые объекты, которые и въяве-то не разглядишь — даже мальчик-с-пальчик слишком велик, чтобы укрыться под «шапкой-невидимкой», что уж там говорить о Гарри Поттере (длина волны видимого света составляет порядка 0,4 — 0,7 микрометра)! В принципе, если мы хотим маскировать видимые предметы, лучше изготовить для них покрытие из металлических колец нанометровой величины (!) — а этому мы пока не научились.

(Попутно заметим, что современные самолеты-невидимки типа «Стеллс» лишь особым образом маскируются, появляясь на экране локатора неразличимым темным пятнышком на фоне такого же темного неба. В данном же случае речь идет совсем о другом эффекте — о материалах, которые, в отличие от обшивки самолетов «Стеллс», вовсе не отражают электромагнитное излучение.)

Исследования ведутся и в инфракрасном диапазоне, то есть в непосредственной близости от оптической части спектра. Так, Владимир Шалаев и его коллеги из американского университета Пардю разработали материал, который экранирует инфракрасное излучение длиной волны порядка одного микрометра. Теоретически он состоит из многих тысяч золотых элементов размером 750 х170 нанометров, нанесенных на стеклянную пластину в виде правильной сетки.

В эксперименте же исследователи обошлись тремя тончайшими пленками из золота, стекла и опять золота (толщина каждого слоя — 50 нанометров). Вертикально расположенные золотые пленки образовали своего рода обкладки крохотного квазиконденсатора. При определенной длине волны наступал электрический резонанс. Известно, что в узкой области спектра излучения — а именно там, где наблюдается электрический и магнитный резонанс — коэффициент преломления материала принимает отрицательное значение, а значит, излучение данной частоты лишь огибает экран, не отражаясь от него.

В конце 2005 года физикам из Аугсбургского университета Андрею Пименову и Алоизу Лойдлю вместе с коллегами из Иллинойсского университета и Польской Академии наук удалось добиться подобного эффекта в опытах с тонкими многослойными пленками, составленными из ферромагнитных и сверхпроводящих материалов. Впрочем, он наблюдался лишь при низких температурах близ мощного источника магнитного поля, а потому возможность его практического применения была крайне ограничена. «В будущих экспериментах, — говорит Андрей Пименов, — мы заменим ферромагнитные слои антиферромагнитными. Тогда этот эффект удастся получить даже без внешнего источника магнитного поля».

В марте 2006 года премией имени Герты Шпонер, присуждаемой в Германии женщинам-физикам, была награждена уроженка Твери Екатерина Шамонина из Оснабрюкского университета «за выдающийся вклад в область разработки электромагнитных метаматериалов».

Еще одну модель предложили Андреа Алу и Надер Энгита из Пенсильванского университета. На поверхность предмета наносится «плазмонное» покрытие (плазмоны — это квазичастицы, описывающие колебания электронов вокруг тяжелых ионов в плазме твердых тел). Когда частота колебаний электронов и частота падающего на поверхность электромагнитного излучения совпадут, излучение перестает рассеиваться — предмет станет невидим в этом диапазоне.

Уже сейчас к подобным исследованиям проявляет большой интерес Пентагон. Из метаматериалов можно изготавливать военную технику будущего: направленные антенны, маскирующие покрытия для самолетов и многое другое. Так, еще четыре года назад командование американской армии выделило Массачусетскому технологическому институту более 50 миллионов долларов на разработку солдатской униформы, которая превратит обычного пехотинца в «бойца невидимого фронта». Не случайно, и тот же Дэвид Скариг занимается экспериментами «на средства американских спецслужб», пишет немецкая газета «Die Welt». Возможно, все исследования такого рода вскоре будут засекречены.

Но эти эксперименты нужны не только военным. Метаматериалы могут произвести настоящую революцию и в оптике. Они требуются для создания идеальных линз.

Современные линзы, фокусируя свет, теряют — особенно в краевых зонах — некоторую часть содержавшейся в нем информации, а вот оптические приборы, изготовленные из метаматериалов, будут передавать стопроцентно точное изображение. Разрешающая способность «суперлинз» далеко превзойдет возможности лучших микроскопов и достигнет нескольких нанометров. Благодаря им станет виден весь Микромир — и, конечно, заметно расширятся возможности медицинской диагностики и биологических исследований.

Кроме того, ведутся разработки мобильных телефонов с нанопокрытием, которое будет отклонять электромагнитное излучение, защищая от него любителей подолгу поболтать по «трубе». Подобные модели аппаратов появятся сравнительно скоро.