Siêu vật liệu tàng hình

Siêu vật liệu tàng hình là việc sử dụng siêu vật liệu trong một chiếc áo choàng tàng hình. Điều này được thực hiện bằng cách điều khiển những con đường đi qua của ánh sáng thông qua một vật liệu quang học mới. Siêu vật liệu trực tiếp và kiểm soát các công tác tuyên truyền và truyền dẫn của phần quy định của phổ ánh sáng và chứng minh tiềm năng để làm cho một đối tượng dường như vô hình. Cloaking siêu vật liệu, dựa trên quang học, mô tả quá trình che chắn được điều gì từ quan điểm bằng cách kiểm soát bức xạ điện từ. Các đối tượng trong các vị trí được định nghĩa là vẫn còn hiện diện, nhưng sóng vụ việc được hướng dẫn xung quanh họ mà không bị ảnh hưởng bởi các đối tượng chính nó.

Siêu chất và quang học

Các lĩnh vực quang học được thành lập vào những ảnh hưởng sản xuất bởi siêu vật liệu.

Chuyển đổi quang học có sự khởi đầu của nó trong kết luận của hai nỗ lực nghiên cứu. Họ đã được công bố vào ngày 25 Tháng Năm năm 2006, trong cùng một vấn đề của khoa học, một tạp chí xem xét. Hai tờ giả thuyết đứng vững được trên uốn hoặc bóp méo ánh sáng để điện từ che giấu một đối tượng. Cả hai loại giấy tờ đặc biệt là bản đồ cấu hình ban đầu của trường điện từ vào một Descartes lưới. Xoắn lưới Cartesian, trong bản chất, biến đổi tọa độ của trường điện từ, do đó che giấu một đối tượng nhất định. Do đó, với hai bài báo này, chuyển đổi quang học được sinh ra.

Quang học đặt mua với khả năng uốn cong ánh sáng, hay sóng điện từ và năng lượng, trong bất kỳ thời trang ưa thích hoặc mong muốn, cho một ứng dụng mong muốn. phương trình Maxwell không thay đổi mặc dù tọa độ chuyển đổi. Thay vào đó là các giá trị của các thông số lựa chọn của các vật liệu được "cải tạo", hoặc thay đổi, trong một khoảng thời gian nhất định. Vì vậy, quang học phát triển từ khả năng để lựa chọn các thông số cho vật liệu. Do đó, kể từ khi các phương trình Maxwell giữ lại hình thức tương tự, nó là giá trị kế tiếp của các thông số, permittivity và tính thấm, mà thay đổi theo thời gian. Furthermor, permittivity và tính thấm là một trong những phản ứng có ý nghĩa với các điện và từ trường của một nguồn ánh sáng bức xạ tương ứng, trong số những mô tả khác. Mức độ chính xác của phản ứng điện và từ trường có thể được kiểm soát trong một siêu vật liệu, từng điểm một. Vì có quá nhiều điều khiển có thể được duy trì qua các phản ứng của vật liệu, điều này dẫn đến một nâng cao và tính linh hoạt gradient-index liệu. Thông thường định trước chỉ số khúc xạ của vật liệu thông thường thay vì trở thành gradient không gian độc lập trong một siêu vật liệu, trong đó có thể được điều khiển theo ý muốn. Do đó, chuyển đổi quang là một phương pháp mới để tạo các cuốn tiểu thuyết độc đáo và các thiết bị quang học.

Khoa học của các thiết bị tàng hình
Mục đích của một thiết bị tàng hình là để che giấu một cái gì đó, vì vậy mà một khu vực được xác định trong không gian vô hình được phân lập từ đi qua các trường điện từ (hay sóng âm), như với siêu vật liệu tàng hình

Tàng hình đối tượng, hoặc làm cho chúng xuất hiện vô hình với siêu vật liệu, là khoảng tương tự như trò ảo thuật của nhà ảo thuật của bàn tay, hoặc kinh nghiệm của mình với gương. Đối với chủ thể không thực sự biến mất; sự biến mất là một ảo tưởng. Với mục tiêu đó, các nhà nghiên cứu sử dụng siêu vật liệu để tạo ra những điểm mù của đạo diễn làm chệch hướng một số phần của quang phổ ánh sáng (quang phổ điện từ). Nó là phổ ánh sáng, như các phương tiện truyền dẫn, quyết định những gì mắt người có thể nhìn thấy.

Các đặc tính quang học và ánh sáng
Lăng kính, gương và thấu kính có một lịch sử lâu dài của sự thay đổi ánh sáng nhìn thấy nhiễu xạ bao quanh tất cả. Tuy nhiên, việc kiểm soát trưng bày bởi các vật liệu thông thường là hạn chế. Hơn nữa, một trong những tài liệu mà là phổ biến giữa ba loại giám đốc của ánh sáng là thông thường kính. Do đó, những quen thuộc công nghệ bị hạn chế bởi các, vật lý cơ bản của pháp luật quang học. Với siêu vật liệu nói chung, và các công nghệ tàng hình đặc biệt, nó xuất hiện những rào cản này tan rã với những tiến bộ trong công nghệ vật liệu và không bao giờ trước khi nhận ra trong khoa học vật lý tự nhiên. Những vật liệu độc đáo đã trở thành nổi tiếng vì bức xạ điện từ có thể bị bẻ cong, phản xạ, hoặc sai lệch trong cách thức mới. Ánh sáng bức xạ thậm chí có thể được làm chậm lại hoặc bị bắt trước khi truyền. Nói cách khác, những cách thức mới để tập trung ánh sáng và bức xạ và dự án khác đang được phát triển. Hơn nữa, quyền hạn quang mở rộng thể hiện trong khoa học của các đối tượng tàng hình xuất hiện là công nghệ có lợi trên một phổ rộng của các thiết bị đã được sử dụng. Điều này có nghĩa rằng tất cả các thiết bị có chức năng cơ bản dựa trên sự tương tác với các bức xạ quang phổ điện từ có thể công nghệ trước. Với những bước khởi đầu hoàn toàn mới một lớp quang học đã được thành lập.

Lãi trong các thuộc tính quang học và ánh sáng
Quan tâm đến các tính chất quang học, và ánh sáng, ngày trở lại với gần 2000 năm để Ptolemy (AD 85-165). Trong công việc của mình mang tên Quang, ông viết về các tính chất của ánh sáng, bao gồm cả phản ánh, khúc xạ, và màu sắc. Ông đã phát triển một phương trình đơn giản cho sự khúc xạ mà không có hàm lượng giác. Khoảng 800 năm sau, năm 984 AD, Ibn Sahl phát hiện ra một định luật khúc xạ về mặt toán học tương đương với định luật Snell. Tiếp sau đó là các nhà khoa học Hồi giáo đáng chú ý nhất, Ibn Al-Haytham (c.965-1039), người được coi là "một trong số ít các nhân vật nổi tiếng nhất trong quang học trong tất cả các lần." Ông được những tiến bộ đáng kể trong khoa học về vật lý nói chung, và quang học đặc biệt. Ông dự đoán các luật phổ quát của ánh sáng rõ bởi các nhà khoa học thế kỷ XVII bởi hàng trăm năm

Trong thế kỷ XVII cả Willebrord Snellius và Descartes đã công phát hiện các luật khúc xạ. Đó là Snellius đã lưu ý rằng phương trình của Ptolemy cho khúc xạ là không chính xác. Do đó, các luật đã được thông qua cùng, thay đổi trong khoảng 400 năm, như pháp luật của lực hấp dẫn.

Mặc dù một cuộc biểu tình thành công, ba hạn chế đáng chú ý có thể được hiển thị. Đầu tiên phải kể hiệu quả của nó chỉ là trong lò vi sóng quang phổ các đối tượng nhỏ có phần vô hình chỉ ở tần số vi sóng. Điều này có nghĩa là tàng hình chưa đạt được cho mắt người, mà chỉ nhìn thấy trong quang phổ nhìn thấy được. Điều này là bởi vì các bước sóng của quang phổ nhìn thấy được hữu hình ngắn hơn so với lò vi sóng. Tuy nhiên, điều này được xem là bước đầu tiên hướng tới một thiết bị che đậy cho ánh sáng nhìn thấy, mặc dù tiên tiến hơn công nghệ nano liên quan đến kỹ thuật sẽ là cần thiết do bước sóng ngắn của ánh sáng. Thứ hai, chỉ có những vật nhỏ có thể được thực hiện để xuất hiện như là không khí xung quanh. Trong trường hợp của các bằng chứng năm 2006 của cuộc biểu tình che đậy, giấu khỏi tầm nhìn đối tượng, một đồng trụ, sẽ có ít hơn năm inches đường kính, và cao ít hơn một nửa inch. Thứ ba, che đậy chỉ có thể xảy ra trên một băng tần hẹp, cho bất cứ cuộc biểu tình nào. Điều này có nghĩa rằng một chiếc áo choàng băng rộng, trong đó hoạt động trên phổ điện từ tần số vô tuyến để vào lò vi sóng để phổ nhìn thấy được, và x-ray, không có sẵn tại thời điểm này. Điều này là do các chất phân tán của siêu vật liệu ngày nay. Việc phối hợp chuyển đổi (chuyển đổi quang học) yêu cầu thông số vật liệu đặc biệt mà chỉ có thể tiếp cận thông qua việc sử dụng cộng hưởng yếu tố, trong đó vốn đã băng hẹp, và phân tán tại cộng hưởng.

Siêu vật liệu thiết bị tàng hình
Trước khi thực sự xây dựng các thiết bị, nghiên cứu lý luận đã được tiến hành. Sau đây là một trong hai nghiên cứu chấp nhận đồng thời bởi một tạp chí khoa học, cũng được phân biệt là một trong những công trình lý thuyết được xuất bản đầu tiên cho một chiếc áo tàng hình.

Kiểm soát điện từ trường

Việc khai thác "ánh sáng", các quang phổ điện từ, được thực hiện với đối tượng phổ biến và vật liệu mà kiểm soát và chỉ đạo các trường điện từ. Ví dụ như một kính ống kính trong một máy ảnh được sử dụng để tạo ra một hình ảnh, một lồng kim loại có thể được dùng để kiểm tra các thiết bị nhạy cảm, và ăng ten vô tuyến được thiết kế để truyền và nhận được chương trình phát sóng FM hàng ngày. Đồng nhất vật liệu, mà thao tác hoặc điều bức xạ điện từ, chẳng hạn như thấu kính thủy tinh, được giới hạn trong giới hạn trên của cải để sửa quang sai. Sự kết hợp của tính không đồng nhất vật liệu ống kính có thể sử dụng độ dốc chỉ số khúc xạ, nhưng phạm vi có xu hướng hạn chế.

Chiến lược thiết kế có cốt lõi của nó không đồng nhất hợp siêu vật liệu có tác dụng hướng, theo ý muốn, số lượng được bảo tồn của điện từ. Những số lượng là đặc biệt, các lĩnh vực chuyển điện D, các từ cường độ trường B, và các vector Poynting S. Về mặt lý thuyết, khi liên quan đến các đại lượng được bảo tồn, hoặc các lĩnh vực, các siêu vật liệu thể hiện một khả năng tăng gấp đôi. Đầu tiên, các trường có thể được tập trung vào một hướng nhất định. Thứ hai, họ có thể được thực hiện để tránh hoặc bao quanh đối tượng, trả lại mà không nhiễu loạn con đường ban đầu của họ. Các kết quả này phù hợp với các phương trình Maxwell và nhiều hơn chỉ xấp xỉ ray tìm thấy trong quang hình học. Theo đó, về nguyên tắc, những hiệu ứng này có thể bao gồm tất cả các hình thức của hiện tượng bức xạ điện từ trên tất cả các mức chiều dài.

Chiến lược thiết kế đưa ra giả thuyết bắt đầu với cố ý chọn một cấu hình của một số tùy ý các nguồn nhúng. Những nguồn trở thành phản ứng cục bộ của permittivity, ε, và độ từ thẩm, μ. Các nguồn được nhúng vào trong một cách tùy tiện lựa chọn phương tiện truyền dẫn với điện môi và từ tính đặc trưng. Là một hệ thống điện trung sau đó có thể được biểu diễn như là một sơ đồ lưới điện

Cách biểu diễn này, lần đầu tiên, thực sự che giấu một đối tượng với các trường điện từ, sử dụng các phương pháp thiết kế cố tình thay đổi không gian. Đây là kết quả của việc nhúng các nguồn điện được thiết kế cố trong các siêu vật liệu.

Sử dụng kỹ thuật này cho thí nghiệm này, lập bản đồ không gian của giai đoạn và biên độ của các bức xạ vi sóng tương tác với các mẫu siêu vật liệu được tiến hành. Hiệu suất của chiếc áo choàng đã được khẳng định bằng cách so sánh bản đồ trường đo để mô phỏng

Tàng hình ở tần số âm

Một thiết bị siêu vật liệu trong phòng thí nghiệm, áp dụng đối với siêu âm sóng đã được chứng minh trong tháng 1 năm 2011. Nó có thể được áp dụng cho âm thanh có bước sóng từ 40 đến 80&nbsp;kHz.

Lốt acoustic siêu vật liệu được thiết kế để ẩn các đối tượng ngập trong nước. Các uốn cong cơ chế siêu vật liệu tàng hình và xoắn sóng âm do thiết kế có chủ ý.

Cơ chế che đậy bao gồm 16 vòng tròn đồng tâm trong một cấu hình trụ, và mỗi vòng với mạch âm thanh. Nó được cố ý thiết kế để hướng dẫn các sóng âm thanh, theo hai chiều. Việc đầu tiên chiếc áo choàng lò vi sóng siêu vật liệu dẫn sóng điện từ trong không gian hai chiều.

Mỗi vòng có một khác nhau chỉ số khúc xạ. Điều này gây ra sóng âm thanh để thay đổi tốc độ của họ từ vòng tới vòng. " Các sóng âm thanh truyền xung quanh vòng ngoài, hướng dẫn của các kênh trong mạch, nó uốn cong các sóng để quấn chúng xung quanh các lớp bên ngoài của chiếc áo choàng ". Thiết bị này đã được mô tả như là một mảng của sâu răng mà thực sự làm chậm tốc độ của sóng âm thanh tuyên truyền. Một xi lanh nghiệm đã chìm trong bể và sau đó biến mất khỏi sonar. Các đối tượng khác có hình dạng khác nhau và mật độ cũng đã được ẩn từ sonar. Lốt acoustic chứng minh hiệu quả cho các bước sóng âm thanh 40&nbsp;kHz đến 80&nbsp;kHz.

Khuếch tán phản xạ

Trong năm 2014, đã chứng minh hiệu suất scientiscts tàng hình tốt trong nước âm u, chứng minh rằng một đối tượng bao phủ trong sương mù có thể biến mất hoàn toàn thích hợp khi tráng với siêu vật liệu. Điều này là do sự tán xạ của ánh sáng ngẫu nhiên, ví dụ như xảy ra trong đám mây, sương mù, sữa, kính mờ, vv, kết hợp với các tính chất của lớp phủ metatmaterial. Khi ánh sáng được khuếch tán, một chiếc áo khoác mỏng siêu vật liệu xung quanh một đối tượng có thể làm cho nó vô hình về cơ bản theo một loạt các điều kiện ánh sáng

Tàng hình trong năm 2009

Áo choàng băng thông rộng
Nếu một chuyển đổi để hầu tọa độ trực giao được áp dụng cho các phương trình Maxwell để che giấu một nhiễu loạn trên một phẳng mặt phẳng dẫn hơn là một điểm kỳ dị, như trong các cuộc biểu tình đầu tiên của một chiếc áo choàng chuyển đổi quang học dựa trên, sau đó là một đối tượng có thể được giấu bên dưới các nhiễu loạn. Điều này đôi khi được gọi là một "thảm" áo choàng.

Như đã nói ở trên, chiếc áo choàng ban đầu đã chứng minh sử dụng các yếu tố cộng hưởng siêu vật liệu để đáp ứng các hạn chế tài liệu hiệu quả. Bằng cách sử dụng một chuyển đổi quasi-giác trong trường hợp này, chứ không phải là sự chuyển đổi không bảo giác ban đầu, thay đổi tính chất vật liệu cần thiết. Không giống như bản gốc (mở rộng số ít) áo choàng, "trải thảm" áo choàng yêu cầu giá trị vật chất ít cực đoan hơn. Các thảm áo cần anisotropic quasi-conformal, vật liệu không đồng nhất mà chỉ thay đổi trong permittivity. Hơn nữa, các permittivity luôn tích cực. Điều này cho phép việc sử dụng các yếu tố siêu vật liệu không cộng hưởng để tạo ra những chiếc áo choàng, tăng đáng kể băng thông.

Một quá trình tự động, được hướng dẫn bởi một tập hợp các thuật toán, được sử dụng để xây dựng một siêu vật liệu bao gồm hàng ngàn các phần tử, mỗi riêng của mình hình học. Phát triển các thuật toán cho phép các quá trình sản xuất được tự động hóa, mà kết quả trong chế tạo siêu vật liệu trong chín ngày. Các thiết bị trước đó được sử dụng trong năm 2006 là thô sơ so sánh, và quá trình sản xuất phải mất bốn tháng để tạo ra các thiết bị
Đại học College, Anh
Đại học California, Berkeley
Đại học California, Irvine
Đại học California, Los Angeles
Đại học California, San Diego
Đại học Colorado
Đại học Delaware
Đại học Rochester

Tài trợ cho nghiên cứu công nghệ này được cung cấp bởi sau American cơ quan:
Phòng thí nghiệm nghiên cứu Không quân, Hoa Kỳ
Defense Advanced Research Projects Agency|Cơ quan dự án công nghệ mới, Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ
Giám đốc CIA, Hoa Kỳ
Cơ quan NGA, Bộ quốc phòng Hoa Kỳ
Văn phòng nghiên cứu Hải quân Hoa Kỳ

Qua nghiên cứu này, người ta đã nhận ra rằng việc phát triển một phương pháp để kiểm soát các lĩnh vực điện từ có thể được dùng để trốn tránh sự phát hiện của bức xạ thăm dò, hoặc sonar công nghệ, và để cải thiện thông tin liên lạc trong lò vi sóng phạm vi; rằng phương pháp này là có liên quan đến superlens thiết kế và các che đậy của các đối tượng bên trong và từ trường điện từ Truyền cửa hàng bao gồm những câu chuyện bao gồm USA Today, đếm ngược MSNBC của Với Keith Olbermann: Sight Unseen, The New York Times với Cloaking đồng, các nhà khoa học Hãy bước Hướng tới Invisibility, (London) The Times với Do not Look Now-Lãi Visible trong Quest cho Invisibility, Christian Science Monitor với Disappear Into Thin Air? Các nhà khoa học Hãy bước Hướng tới Tàng hình, phát thanh truyền hình Úc, Reuters với Invisibility Cloak một Step Closer, và (Raleigh) News & Observer với ' áo tàng hình một Step Closer

Trong tháng tháng 11 năm 2009, "nghiên cứu thiết kế và xây dựng độc đáo" siêu vật liệu "đã được đẩy kinh phí £ 4.900.000. Các siêu chất liệu có thể được sử dụng để tàng hình 'tàng hình' thiết bị, cảm biến an ninh nhạy cảm mà có thể phát hiện một lượng nhỏ các chất nguy hiểm, và Thấu kính phẳng có thể được sử dụng để hình ảnh nhỏ vật thể nhỏ hơn nhiều so với bước sóng của ánh sáng. "

Trong tháng 11 năm 2010, các nhà khoa học tại Đại học St Andrews ở Scotland báo việc tạo ra một loại vật liệu che đậy linh hoạt mà họ gọi là "Metaflex", mà có thể mang lại cho các ứng dụng công nghiệp gần hơn đáng kể

Đọc thêm
148 trang. "luận án trình trong thực hiện một phần các yêu cầu về mức độ Tiến sĩ Triết học tại Khoa Vật lý trong các trường đại học của Đại học Duke 2009"

Xem thêm

Lịch sử siêu vật liệu
Siêu vật liệu quang tử
Siêu vật liệu phi tuyến
Tinh thể lượng tử ánh sáng
Siêu vật liệu địa chấn
Siêu vật liệu Acoustic
Siêu vật liệu hấp thụ
Siêu vật liệu
Đối xứng
Siêu vật liệu Plasmonic
Siêu vật liệu Terahertz
Siêu vật liệu có thể điều chỉnh
Quang học
Các lý thuyết về tàng hình
Siêu vật liệu (tạp chí)
Siêu vật liệu (Sổ tay)
Vantablack

Chú thích

Liên kết ngoài
Defining metamaterials
Manipulating the Near Field with Metamaterials Slide show, with audio available, by Dr. John Pendry, Imperial College, London
Researchers propose mimicking the cosmos with metamaterials