Знание-сила, 2007 № 03 (957)

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.)

Золотые пленки, плазмонные поверхности и все, что мы так и не увидим

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 х 170 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.

Игра вслепую на миллионы

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.