Британские военные представили технологию, позволяющую технике маскироваться в инфракрасном спектре. Под «плащом-невидимкой» можно прятать танки, корабли и целые здания. А в США начали разработку «умного» камуфляжа - он способен приспосабливаться к окружающей среде благодаря применению метаматериалов. Так называют искусственно созданные материалы с электромагнитными свойствами, не наблюдаемыми в природе, порой совершенно необыкновенными.
Странная оптика
Над созданием метаматериалов корпят исследователи лучших лабораторий мира. А начиналось всё в далёком 1967 году. Тогда молодой советский физик Виктор Веселаго опубликовал статью. В ней он обосновал парадоксальную идею: теоретически возможно существование материалов с отрицательным коэффициентом преломления. В них световые волны движутся иначе, оптика становится другой - странной, необычной.
В природе подобных материалов не существует. Да и сама гипотеза казалась тогда лишь игрой ума. Однако Веселаго отнёсся к ней серьёзно - он понял, что его теоретическая работа будет иметь важные последствия. Ведь речь шла о том, чтобы научиться управлять световыми волнами, заставить их двигаться по кривой и делать какую-то часть пространства невидимой! Кто знал сорок с лишним лет назад, что это станет реальностью?
«В 2000 году исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего (США) создали первый метаматериал, - рассказывает Виктор ВЕСЕЛАГО, ныне завлабораторией Института общей физики РАН, профессор Московского физико-технического института. - Правда, он «работал» не в оптическом диапазоне, а в микроволновом. Но это неважно, главное - теория была подтверждена экспериментом».
Вспомним школьный курс физики. Что общего у радиоволн, благодаря которым мы слушаем радио и смотрим ТВ, микроволн, нагревающих еду в СВЧ-печке, ультрафиолета, дарящего нам солнечный загар, а также опасных рентгеновского и гамма-излучения? Всё это электромагнитные волны, только разной длины и частоты. Цвета, которые различает наш глаз, - тоже электромагнитные волны, они лежат в видимом, или оптическом, диапазоне. И если удалось создать шапку-невидимку в микроволновом спектре, значит, получится и в оптическом?
«Трудность в том, что в этом случае придётся иметь дело с наноразмерами, - поясняет Виктор Георгиевич. - Метаматериал - это некая микроструктура, множество повторяющихся элементов, похожих на кольца или палочки. Именно они разворачивают электромагнитную волну, заставляют её двигаться «неправильно». Для микроволн создать такой материал проще, их длина - несколько сантиметров. А световые волны гораздо короче, около миллионной доли метра. Поэтому все элементы, из которых построен метаматериал - эти самые палочки-колечки, - тоже надо уменьшать, причём значительно. Возможно, нанотехнологии, которые стремительно развиваются, помогут в этом».
Мир в кармане
Пока до настоящей шапки-невидимки далеко, учёные разрабатывают метаматериалы для других диапазонов волн. «Например, в микроволновом спектре можно создать такое покрытие, которое сделает объект невидимым для радаров и тепловизоров, - говорит Павел Белов, завлабораторией «Метаматериалы» Санкт-Петербургского университета информационных технологий, механики и оптики. - Вообще, поле для деятельности обширное. Обычные материалы человек находит в природе, изучает их свойства и затем с пользой для себя использует, а здесь подход обратный: сначала мы придумываем свойства, которые нам нужны и которые не наблюдаются в природе, а потом под них разрабатываем материал».
Лаборатория Белова создана на правительственный мегагрант - его выдали учёному из Австралии Юрию Кившарю. Здесь трудятся 40 молодых специалистов, многие из них россияне, вернувшиеся из-за рубежа. Скоро у них появится трёхмерный нанолитограф - уникальный прибор, какого в России ещё не было. «Это устройство может на заказ создавать любую объёмную наноструктуру, - поясняет Белов. - Вы рисуете на компьютере геометрию, а прибор, воздействуя лазерным лучом на полимеры, воспроизводит заданную структуру на наноуровне».
Сейчас в лаборатории работают над метаматериалами, которые улучшат чувствительность томографов: время сканирования значительно сократится, а само изображение многократно увеличится. Это позволит лучше исследовать заболевания сердечно-сосудистой системы и кровоток. Ещё одно применение - специальное покрытие для антенн, улучшающее качество связи. Но главная цель исследователей - создать оптический чип, который заменит электронные, используемые в компьютерах в настоящее время. «Фотон станет единицей передачи информации, это будет прорыв в коммуникациях и вычислительных системах, - уверены учёные. - Тот же Интернет ускорится в 100 раз, а в карманном компьютере можно будет хранить библиотеку всемирной литературы». Библиотека в кармане - это, конечно, не шапка-невидимка, но тоже похоже на сказку. А до шапки дело ещё дойдёт.
