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Come rendere invisibile un oggetto
In teoria è stato progettato un dispositivo a forma di spazzola per capelli che utilizzerebbe setole fatte di nanofili per piegare la luce attorno ad esso, rendendo l'oggetto invisibile. I ricercatori che hanno ideato il progetto affermano che è il primo progetto pratico per un mantello ottico che funzioni nello spettro visibile. Ora stanno lavorando alla costruzione di un dispositivo reale in base ai loro calcoli.
Mantieniti, nasconditi: Le simulazioni mostrano come la luce interagisce con la sezione trasversale del dispositivo di occultamento. Quando non è occultato (in alto), la luce viene riflessa dall'oggetto. Ma quando è nascosto (in basso), la luce è guidata intorno all'oggetto e a qualsiasi cosa al suo interno.
Sebbene sia ancora solo un progetto teorico, è il primo a mostrare come un effetto di occultamento scoperto di recente potrebbe essere fatto funzionare per tutte le lunghezze d'onda della luce visibile, afferma Vladimir Shalaev , professore di ingegneria elettrica e informatica alla Purdue University, a West Lafayette, IN, che ha guidato lo sforzo di ricerca.
Stabilisce una tabella di marcia per la costruzione di questo tipo di strutture, afferma John Pendry , professore di fisica teorica all'Imperial College di Londra, Regno Unito. Oltre a rendere le cose invisibili, il lavoro potrebbe portare a modi per creare scudi termici piegando la luce infrarossa attorno agli oggetti, dice. La ricerca iniziale di Pendry ha portato alla creazione, lo scorso anno, del primo dispositivo di occultamento funzionante, che operava nel campo delle microonde. (Vedi Cloaking Breakthrough .) Quest'ultimo lavoro mostra ora un modo per estenderlo alla gamma della luce visibile, afferma Pendry.
Per diventare invisibile, un oggetto deve fare due cose: deve poter piegare la luce su se stesso, in modo che non proietti ombra, e non deve produrre alcun riflesso. Mentre i materiali naturali non sono in grado di farlo, una nuova classe di materiali chiamati metamateriali lo sta rendendo possibile. (Vedi TR10: Rivoluzione invisibile.)
La curvatura della luce attorno a un oggetto richiede che un materiale abbia un indice di rifrazione negativo. L'indice di rifrazione è una proprietà che determina come la luce passa attraverso un mezzo; è il motivo per cui un bastoncino sembrerà piegato quando viene messo in acqua. Se l'acqua avesse un indice di rifrazione negativo, farebbe sembrare il bastoncino come se si piegasse su se stesso.
L'anno scorso, Pendry ha dimostrato che è teoricamente possibile progettare strutture di fili conduttori molto sottili che potrebbero avere un effetto sui campi elettrici e magnetici delle microonde, facendoli piegare in modi innaturali come questo. Questa teoria è stata poi supportata da esperimenti condotti da David Smith e David Schurig alla Duke University, a Durham, NC.
Ma ripetere il successo per la luce visiva sembrava presentare problemi. Per prima cosa, far funzionare il progetto utilizzato da Smith e Schurig per la luce visibile richiederebbe componenti di appena 40 nanometri.
La soluzione è stata quella di progettare un dispositivo con aghi di nanofili strettamente distanziati, 10 nanometri di diametro e 60 nanometri di lunghezza, provenienti da un raggio centrale cilindrico. Nell'ultimo numero della rivista Fotonica della natura , i ricercatori mostrano come, almeno in teoria, questo occulterebbe l'oggetto dalla luce rossa di lunghezza d'onda 632,8 nanometri.
Ci sono limitazioni a questo approccio, tuttavia. Una piccolissima percentuale di luce verrebbe comunque riflessa, quindi l'oggetto non sarebbe del tutto invisibile. Inoltre, mentre il design può essere adattato per funzionare per altre frequenze nella gamma visibile, il design funzionerà comunque solo per una banda di luce molto stretta.
Questo è un vero problema, dice Ulf Leonhardt , professore di fisica teorica alla St. Andrews University, in Scozia, ed esperto in questo campo. Sembrerebbe completamente strano e sicuramente vedresti qualcosa. Ma dice che questo non è un atto d'accusa della ricerca Purdue; piuttosto, è un problema generale con la ricerca sull'occultamento finora.
È ancora un passo importante per entrare nel campo del visibile, afferma Leonhardt. Ed è un deciso passo avanti. Ma per far scomparire davvero le cose davanti ai nostri occhi, sarà necessario trovare un modo per far funzionare i dispositivi su un'ampia gamma di frequenze, afferma.
Anche così, l'uso dei nanofili è un modo molto pratico di procedere, afferma Pendry. È molto utile perché quello che vogliamo veramente ora è vedere quanto bene le persone possono costruirli, dice. In effetti, questo è ciò su cui il gruppo sta lavorando ora. Il prossimo passo è fabbricare e testare un campione reale, afferma Alexander Kildishev, un ricercatore alla Purdue. Questo lavoro sarà svolto in collaborazione con il Birck Nanotechnology Center di Purdue.