Мал. 1. Дві структури з концентричних кілець з об'єктом всередині при освітленні білим світлом (угорі) і при пропущенні «плоского світла» з довжиною хвилі 532 нм (внизу). Зображення з обговорюваної статті
Виготовлено пристрій, який працює як мініатюрна шапка-невидимка в оптичному діапазоні - правда, поки тільки на одній довжині хвилі і лише для «плоского світла», та й сама «шапка» залишається напівпрозорої.
Зменшення довжини хвилі світла, для якого «працює» пристрій, виявилося непростою справою. В принципі, вже створені метаматеріали, що працюють в ближньому інфрачервоному діапазоні, але вони, на жаль, занадто сильно поглинають світло і тому зовсім не годяться для шапки-невидимки. Уникнути цього можна за допомогою складної «настройки» магнітних властивостей метаматериала, але в оптичному діапазоні це зробити дуже важко. Тому кілька місяців тому Володимир Шалаєв і його колеги з Університету Пердью в США запропонували для початку створити якусь «спрощену версію» шапки-невидимки, магнітні властивості якої взагалі не було потрібно налаштовувати.
Ця спрощена шапка-невидимка двумерна, і прозора вона повинна бути не для справжнього світла, а для потоку поверхневих плазмонів. і причому тільки однієї певної довжини хвилі. Плазмони - це електромагнітні коливання плюс коливання електронів на поверхні металу, пов'язані один з одним в єдине ціле і біжать уздовж поверхні металу. Потік плазмонів ще іноді називають двовимірним світлом - це не зовсім світло, але він схожий на нього; а при необхідності його можна породжувати світлом і перетворювати в світло тієї ж частоти.
Не минуло й півроку, як ця ідея була реалізована в експерименті. У трьохсторінкову короткому повідомленні Ігоря Смолянинова (Igor Smolyaninov) і його колег з Мерілендського університету (Коледж-Парк, США), який з'явився днями в архіві препринтів, повідомляється про створення і успішне випробування пристрою розміром в декілька мікрон, всередині якого вдалося заховати від «сторонніх очей »(а точніше, від« плазмонних променів ») маленьке колечко.
На верхній фотографії (див. Рис. 1) показано, як виглядає плоска шапка-невидимка при освітленні зверху звичайним світлом (на урізанні - зображення, отримане в атомно-силовому мікроскопі). Вона являє собою структуру з тонких концентричних кілець полиметилметакрилата (ця речовина, з якого роблять оргскло), нанесених на золоту підкладку. Ця структура простягається від радіуса r1 до радіуса r2. а об'єкт, який потрібно сховати (в даному випадку, маленьке широке колечко), знаходиться всередині радіусу r1.
На нижньому фото (рис. 1) показано, як та ж система виглядає при висвітленні плазмонів променями, породженими зеленим світлом з довжиною хвилі 532 нм. Напрямок їх руху показано стрілкою - з нижнього лівого кута в правий верхній. Фотографія ж зроблена при погляді на цю площину зверху через звичайний оптичний мікроскоп, і видно на ній не плазмонів промені, а звичайне оптичне світіння з тих місць, де вони розсіюються на перешкодах.
Мал. 2. Розподіл плазмонного поля в штучних квітах. Потік набігаючих зліва плазмонів обтікає центральну частину пристрою, а потім замикається знову і йде вперед. У центральну частину промені майже не заходять. Зображення з обговорюваної статті
Сама концентрическая структура (тобто шапка-невидимка) на цьому фото помітна добре, але те, що в ній заховано, майже не видно. Це означає, що плазмонів промені розсіюються на шапці, але не розсіюються на об'єкті всередині неї. Більш детальне дослідження показало, що плазмонів промені дійсно розходяться, огинаючи захований всередині об'єкт, а потім знову з'єднуються і йдуть вперед як ні в чому не бувало (див. Рис. 2).
Якби ми могли бачити в плазмонних променях, то, глянувши на цю картину з правого верхнього кута площини, на місці шапки побачили б лише ледь помітне прозоре пляма.
Повторимо, що досягнутий результат поки дуже далекий від ідеальної шапки-невидимки. По-перше, відносна невидимість досягається тільки при освітленні світлом з певною довжиною хвилі. Досить змінити частоту світлової хвилі - і невидимість пропадає. Для порівняння на врізки (рис. 1, нижня фото) показана та ж сама картина, але не оптимізована для довжини хвилі 532 нм - на ній внутрішній об'єкт добре проглядається, а значить, плазмонів промені в цьому випадку потрапляють всередину шапки і висвітлюють захований предмет.
По-друге, мова в цій роботі йде все-таки не про сьогодення світлі, а про потоці плазмонів, управляти якими простіше, ніж світлом. Саме з точки зору плазмонів виготовлена концентрическая структура має настільки незвичайними властивостями, що змушує їх як би обтікати її з боків, не потрапляючи всередину. Звичайний світло на цій «нарізці з оргскла» просто розсіювався б в різні боки.
Нарешті, навіть в плазмонних променях ця шапка все ще не повністю прозора, а розсіює на собі частину променів. Втім, зовсім недавно Володимир Шалаєв і його колеги в своєму препринті arXiv: 0707.3641 пояснили, як можна впоратися з цією проблемою.
Проте, навіть така не зовсім справжня шапка-невидимка - дуже важливий крок на шляху до відточування оптичних технологій, заснованих на метаматеріалів. Цей експеримент доводить, що і в оптичному діапазоні можна приготувати таку структуру, яка буде змушувати промені, нехай і плазмонів, огинати предмет. Він підтверджує правдоподібність теоретичних викладок, а значить, вселяє оптимізм у подальшому прогресі в цій області.