НАНОневидимость. Продукт своего времени или как все-таки далеко мы уже ушли от эпохи каменного топора

Метаматериалы помогли создать детали теплового компьютера и плаща-невидимки

НАНОневидимость. Продукт своего времени или как все-таки далеко мы уже ушли от эпохи каменного топораФизики воплотили в жизнь идею создания на основе метаматериалов экзотических тепловых устройств, управляющих потоками тепла - изолятора, концентратора и инвертора. Работа ученых принята к публикации в журнале Physical Review Letters, а ее краткое описание можно прочитать на сайте ScienceNow.

В гомогенных материалах тепло равномерно распространяется по градиенту - от горячего к холодному. Однако существуют материалы, которые обладают разной теплопроводностью в разных направлениях. Это свойство наиболее ярко проявляется у так называемых метаматериалов - слоистых композитов, чьи свойства зависят в наибольшей степени от структуры, а не от химического состава.


Ранее математики предложили использовать метаматериалы для создания пассивных тепловых устройств, распространение тепла в которых происходит необычным образом. Среди них были тепловые плащи-невидимки, концентраторы тепла и инверторы. На изобретение тепловых вариантов этих устройств ученых вдохновило использование метаматериалов для создания оптических плащей-невидимок.

Например, предложенные тепловые плащи-невидимки представляли собой своеобразные слоистые оболочки из метаматериалов, проводящие тепло так, чтобы внешний наблюдатель не заметил наличия внутри оболочки посторонних предметов. Толщина слоев оболочки, их количество и теплопроводность были рассчитаны математиками таким образом, чтобы тепло, проходя сквозь слои, огибало спрятанный объект, и градиент тепла восстанавливался. Тепловой концентратор, наоборот, направлял потоки тепла сквозь выбранный объект, а инвертор локально разворачивал тепловой поток в противоположную сторону.

В настоящей статье физики описали создание реальных прототипов рассчитанных тепловых устройств. Они состояли из небольшой металлической сердцевины, окруженной 40 слоями резины и силиконового эластомера, наполненного нитридом бора. Сердцевину вместе с оболочкой создатели залили в прозрачный полимер, к которому с одной стороны подводили тепло, а с другой охлаждали. За распространением тепла в устройстве следили с помощью инфракрасной камеры.

В зависимости от конфигурации слоев (они могли быть открытыми, закрытыми, "скрученными") устройства работали в режиме концентратора, инвертора или теплового плаща-невидимки.

Создатели надеются, что полученные устройства станут основой для создания тепловых компьютеров - вычислительных машин, работа которых будет осуществляться посредством манипуляции потоками тепла, а не электричества. Тепло, которое для обычных компьютеров является нежелательным побочным продуктом, для будущих тепловых устройств, возможно, станет источником энергии. Работа над такими устройствами пока находится в самом начале.

Кремниевые сферы помогут в создании плаща-невидимки

Кремниевые сферы диаметром 100-200 нанометров могут служить составными "кирпичиками" плаща-невидимки, который будет способен скрывать объекты в оптическом диапазоне.

Плащ-невидимка - устоявшийся термин, применимый для структур, используемых для маскировки объектов от электромагнитных волн. Обычно маскировка устроена таким образом, что электромагнитная волна, после встречи с объектом в плаще почти не отличается от волны до встречи. Это означает, что волна не несет информации о встрече, то есть объект невидим для данной волны.

На настоящий момент наибольшие успехи по маскировке достигнуты для узкого диапазона волн в инфракрасной части спектра. Это связано с тем, что метаматериалы (композиционные материалы, свойства которых определяются преимущественно искусственно созданной периодической структурой) для подобных волн производить легче - размеры элементов структуры метаматериала должны иметь тот же порядок, что и длина волн, а в случае инфракрасного диапазона речь идет о микрометровых длинах.

В инфракрасных плащах-невидимках основной деталью являются резонаторы. В рамках новой работы международная группа исследователей установила, что роль таких резонаторов могут исполнять кремниевые сферы диаметром несколько сотен нанометров. Это было установлено в результате серии экспериментов. Ученые также отмечают, что производство подобных сфер стоит относительно недорого.

Линзы из метаматериалов смогут искривлять луч на любой уголНАНОневидимость. Продукт своего времени или как все-таки далеко мы уже ушли от эпохи каменного топора

Французские физики разработали схему работы устройств, искривляющих лучи света или звука на любой необходимый угол. Работа ученых опубликована в журнале New Journal of Physics.

Авторы решили использовать принципы, лежащие в основе создания устройств-"невидимок" для управления потоками света. "Плащи-невидимки" представляют собой многослойную оболочку, проходя через которую, световые (либо звуковые) волны искривляются таким образом, что невозможно определить наличие на их пути препятствия. Если внутри оболочки присутствует какой-либо объект, он будет скрыт устройством и не виден снаружи.

Авторы исследования изменили математический аппарат, разработанный для создания таких "плащей-невидимок", чтобы создать устройства, отклоняющие распространение света подобно линзам. Однако, в отличие от классических линз, данные устройства могли отклонять свет на любой заданный угол, вплоть до полного разворота (на 180 градусов) и поворота с образованием петли (на 360 градусов). Кроме того, авторам удалось создать световые и звуковые "черные дыры", в которых происходило полное поглощение волн.

Устройства с такими экзотическими оптическими свойствами могут иметь множество применений, многие из которых сложно предугадать. Например, их можно применять для создания более эффективных оптических волокон, ведь при изгибе оптического волокна, близком к 90 градусам, сильно увеличивается процент потерь света, что негативно сказывается на качестве связи. Линзы, разворачивающие свет в оптических волокнах, могли бы улучшить передачу сигнала.

Работа над устройствами-невидимками стала возможной благодаря изобретению метаматериалов, необычные свойства которых (например, отрицательный коэффициент преломления) зависят не столько от состава, сколько от их внутренней структуры. Ранее ученые уже предлагали использовать метаматериалы для создания "черной дыры" микроволнового излучения.

Математики придумали тепловой плащ-невидимку

НАНОневидимость. Продукт своего времени или как все-таки далеко мы уже ушли от эпохи каменного топораГруппа французских исследователей под руководством Сабастьена Генно предложила способ создания устройств, скрывающие объекты от теплового потока. Статья опубликована в журнале Optics Express.
Исследователи использовали идеи, которые раньше использовались для создания "плащей-невидимок", скрывающих объекты от волн - электромагнитных, звуковых и других. Так как ток тепла описывается другими терминами, исследователям пришлось эти идеи существенно переработать.

Идея предложенного учеными устройства выглядит следующим образом: внутри материала, где течет тепло от горячего к холодному телу находится сферическая многослойная оболочка, слои которой имеют разную теплопроводность. За счет этого потоки тепла огибают внутреннюю часть оболочки.
В результате, во-первых, температура внутренней части остается постоянной, во-вторых, за объектом температурный градиент выравнивается, что делает наличие любого объекта внутри оболочки незаметным (с точки зрения температуры) для внешнего наблюдателя.

В дополнение к тепловому "изолятору", на тех же принципах авторы разработали и тепловой "концентратор", фокусирующий тепловые потоки в одной точке. Если на основе разработанной математиками модели удастся создать работающее устройство, оно, по всей видимости, будет широко востребовано микроэлектронной индустрией. Теплоизоляция чувствительных компонентов и теплоотведение являются одними из главных проблем области.
Ученые активно работают над созданием принципиально похожих устройств, делающих объекты невидимыми для электромагнитного излучения. Принципиальная возможность их создания появилась в связи с изобретениями метаматериалов, необычные свойства которых (например, отрицательный коэффициент преломления) зависят не столько от состава, сколько от их внутренней структуры.

Ранее Себастьен Генно с соавторами предлагал использовать устройства с подобной принципиальной схемой для изоляции объектов, например, зданий, от распространения сейсмических волн. Это позволило бы защитить от землетрясений старые здания, не рассчитанные на сейсмические нагрузки.

Физики впервые сделали трехмерный объект невидимым для микроволн

НАНОневидимость. Продукт своего времени или как все-таки далеко мы уже ушли от эпохи каменного топораУченые впервые на практике сделали объект невидимым в микроволновом диапазоне. Статья ученых появилась в журнале New Journal of Physics, а ее краткое изложение приводит Institute of Physics.

В рамках работы ученые покрыли металлический цилиндр высотой 18 сантиметров слоем плазмонного метаматериала. Метаматериалами называют такие материалы, свойства которых определяются преимущественно их строением, а не составом. В свою очередь "плазмонные" в названии означает, что необычно в этих материалах себя ведут квазичастицы-плазмоны (кванты свободных колебаний электронного газа).

Свойства покрытия были таковы, что рассеянное излучение и отраженное взаимоуничтожались. Как следствие, объект был невидимым для волн. Опыт показал, что лучше всего представленное учеными покрытие прячет объекты от излучения с частотой в 3,1 гигагерца. Результаты практического опыта были подтверждены компьютерным моделированием.

Исследователи отмечают, что полученные ими результаты могут использоваться для того, чтобы прятать предмет в оптическом диапазоне. Вместе с тем, метод устроен таким образом, что размер объектов, которые можно сделать невидимыми, зависит от длины волны электромагнитного излучения.

В 2009 году сразу две группы физиков заявили о том, что им удалось получить материалы-невидимки, "работающие" в инфракрасном диапазоне. Объекты были устроены таким образом, что излучение огибало помещенный внутрь предмет. Для работы исследователи использовали кремний.
Первоисточник: http://lenta.ru/


Мнение редакции "Военного обозрения" может не совпадать с точкой зрения авторов публикаций

CtrlEnter
Если вы заметили ошибку в тексте, выделите текст с ошибкой и нажмите Ctrl+Enter
Читайте также
Загрузка...
Комментарии 9
  1. radikdan79 14 мая 2012 09:40
    осталось немного. ждем человека-невидимку smile
    radikdan79
  2. С_нами_сила 14 мая 2012 09:41
    Ну теперь дело стало за шапкой неведимкой!!!!! bully
    1. Ion Coaelung 14 мая 2012 10:31
      Не забудьте про сапоги-скороходы и скатерть-самобранку:)
      Ion Coaelung
      1. vylvyn 14 мая 2012 11:41
        Волшебную палочку, сивку-бурку, избушку на курьих ножках, огниво, царевну-лягушку, меч-кладинец и т.д и т.п. - и всё это в наноисполнении laughing
        vylvyn
      2. wei 14 мая 2012 14:47
        все уже есть
        [img]http://http://images.yandex.ru/yandsearch?text=сапоги скороходы&img_url=img-fotki.yandex.ru/get/5603/m-interes.5/0_5add3_7916

        e822_XL&pos=3&rpt=simage&noreask=1&lr=213[/img]

        или
        пешеход несется вперед со скоростью до 50 км/ч, совершая прыжки по 5–7 м и экономя при этом до 70% мышечных усилий. Сапоги-скороходы весьма экономичны — на сто километров они расходуют поллитра бензина.

        а так же
        [img]http://http://images.yandex.ru/yandsearch?text=сухпай&http://img-fotk
        i.yandex.ru/get/5304/suxpay.0/0_59728_53ff6072_XLimg_url=stat18.
        privet.ru/tb/0a2665a8e0b137fb68e0ba879b93f77e&pos=1&rpt=simage&noreask=1&lr=213[

        /img]
        wei
  3. Redpartyzan 14 мая 2012 10:35
    Мда. Вот оно будующее друзья.
    Redpartyzan
  4. vylvyn 14 мая 2012 11:33
    В современном мире сила в технологиях, и в правде (Брат-2). Правда за нами, осталось подтянуть технологии.
    vylvyn
  5. DEMENTIY 14 мая 2012 14:04
    Сделать объект невидимым в теории достаточно просто, надо сделать так, чтобы отраженный от объекта свет не возвращался к наблюдателю. А в практике все намного сложнее.
    Сначала пытались использовать своеобразный плащ из камер и экранов, который воспроизводит то, что находится за объектом. Однако, это оказалось неприемлемо.
    Сейчас для того, чтобы добиться эффекта невидимости, применяют две технологии. Первая из них основана на применении материалов с отрицательным коэффициентом преломления, а вторая основана на явлении интерференции световых волн. Обе технологии сейчас активно изучаются и даже получены первые результаты.
    В основе первой технологии лежит использование материалов с отрицательным эффектом преломления. Такие материалы уже доступны, однако, широкого распространения они пока не получили. Особенностью данных материалов является то, что не так важен их состав, как важна и структура. Как пример, можно привести сетку. Сделана она может быть и из металлических нитей, и из капроновых нитей. Более важной характеристикой сетки с точки зрения ее применения и функциональности, является величина ячейки. Именно величиной ячейки и определяется применение данной сетки.
    Вторая технология более интересная и технически более трудоемкая. Однако, эффект невидимости, который теоретическим можно достигнуть, будет лучше. Эффект невидимости достигается за счет расположение вокруг маскируемого объекта трех передатчиков электромагнитных волн. Они излучают такие колебания, которые вступают в интерференцию с видимым светом, тем самым гася электромагнитные колебания. Объект становится невидимым. Для более наглядного восприятия, можно привести пример с волной на воде. Если водяной волне противопоставить другую водяную волну той же частоты, то может возникнуть явление интерференции, обе волны практически погаснут.
    Стоит отметить, что пока ни одна из приведенных технологий не отработана для практического применения. Пока сделать невидимыми можно лишь очень небольшие предметы от пары миллиметров до нескольких сантиметров. Однако, если исследовательские работы будут продолжаться такими темпами, возможно, полноценный эффект невидимости будет достигнут.
  6. Gonoriy 7 марта 2015 17:29
    Вот тебе и настоящая невидимость, а не какой-то стелс.

Информация

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.
Картина дня