Kartais šiuolaikinių technologijų pažangą galima supainioti su magija. Tikslus mokslas veikia vietoj magijos. Viena iš tyrimų sričių, kurios rezultatai galėtų būti iliustruojami „pasakų atributų“savybėmis, yra metamedžiagų kūrimas ir kūrimas.
Grynai fiziniu požiūriu, metamedžiagos yra dirbtinai suformuotos ir specialiai sukonstruotos struktūros, turinčios elektromagnetinių ar optinių savybių, kurių negalima pasiekti gamtoje. Pastaruosius lemia net ne jų sudedamųjų dalių savybės, bet jų struktūra. Galų gale iš tų pačių medžiagų galite pastatyti panašios išvaizdos namus, tačiau vienas turės puikią garso izoliaciją, o kitoje net girdėsite kaimyno alsavimą iš priešingo buto. Kokia paslaptis? Tik statybininkui turint galimybę disponuoti numatytomis lėšomis.
Metamaterialas / viešoji nuosavybė
Šiuo metu medžiagų mokslininkai jau yra sukūrę daug struktūrų, kurių savybių gamtoje nėra, nors jos neperžengia fizinių dėsnių ribų. Pavyzdžiui, viena iš sukurtų metamedžiagų gali taip sumaniai manipuliuoti garso bangomis, kad ore laiko mažą kamuoliuką. Jis susideda iš dviejų grotelių, sumontuotų plytomis, užpildytomis termoplastinėmis meškerėmis, kurios dedamos į „gyvatę“. Garso banga yra sutelkta kaip lęšio šviesa, ir mokslininkai mano, kad šis prietaisas leis jiems sukurti garso valdymą, kad būtų galima pakeisti jo kryptį, nes dabar keičiant šviesos pluošto kelią naudojant optiką.
Kamuolį ore laiko garso banga, sutelkta metamedžiagos / RIA Novosti iliustracija. A. Polyanina
Kita metamedžiaga gali save pertvarkyti. Iš jo be rankų pagalbos surenkamas daiktas, nes formos keitimą galima užprogramuoti! Tokios „protingos“medžiagos struktūra susideda iš kubelių, kurių kiekviena siena yra sudaryta iš dviejų išorinių polietileno tereftalato sluoksnių ir vieno vidinio dvipusės lipnios juostos. Šis dizainas leidžia pakeisti objekto formą, tūrį ir net standumą.
Harvardo universiteto / Johanneso Overvelde / „Bertoldi Lab“/ Harvardo SEAS 3D formų keitimo medžiaga
Tačiau nuostabiausios savybės yra optinės metamedžiagos, kurios gali pakeisti regimą tikrovės suvokimą. Jie „dirba“bangos ilgių diapazone, kurį mato žmogaus akis. Iš šių medžiagų mokslininkai sukūrė audinį, iš kurio galite pasidaryti nematomo apsiausto.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Tačiau kol kas optiniame diapazone nematomą galima padaryti tik mikroobjektą.
Galimybę sukurti medžiagą su neigiamu lūžio kampu dar 1967-aisiais numatė sovietų fizikas Viktoras Veselago, tačiau tik dabar atsiranda pirmieji tokių savybių turinčių tikrų struktūrų pavyzdžiai. Dėl neigiamo lūžio kampo šviesos spinduliai lenkiasi aplink objektą, todėl jo nematyti. Taigi stebėtojas pastebi tik tai, kas vyksta už „nuostabų“apsiaustą dėvinčio asmens nugaros.
Štai kaip menininkas įsivaizdavo nematomą nanoklą / Xiang Zhang grupę, Berkeley laboratoriją / UC Berkeley
Naujausias optinių metamedžiagų kūrimo laimėjimas priklauso Rusijos mokslininkams iš NUST MISIS. Be to, „ingredientai“naudojo dažniausiai - orą, stiklą ir vandenį. Mokslininkų darbas buvo apdovanotas leidyklos „Nature“publikacija viename geriausiai vertinamų žurnalų pasaulyje „Scientific Reports“.
Aleksejus Basharinas, docentas, NUST MISIS, technikos mokslų kandidatas / NUST MISIS
„Labai brangu ir sunku tirti metamedžiagas optiniame diapazone, kiekvienas toks pavyzdys gali kainuoti tūkstančius eurų“, - sakė NUST MISIS superlaidžių metamedžiagų laboratorijos tyrėjas, daktaras Aleksejus Basharinas. „Be to, formuojant tokią sistemą klaidų tikimybė yra labai didelė, net naudojant pačius tiksliausius įrankius. Tačiau jei sukursite didesnio masto medžiagą, kurioje bus ne optinės (400–700 nm), o radijo bangos (7–8 cm ilgio), proceso fizika nuo tokio mastelio nepasikeis, tačiau jų sukūrimo technologija taps paprastesnė “.
Ištyrę sukurtų struktūrų savybes, darbo autoriai parodė, kad tokio tipo medžiaga vienu metu turi keletą praktinių pritaikymų. Visų pirma, tai yra sudėtingų molekulių jutikliai, nes pastarieji, patekę į metamaterialo lauką, pradeda švytėti. Tokiu būdu galima nustatyti net pavienes molekules, kurios potencialiai gali reikšmingai paveikti, pavyzdžiui, teismo ekspertizės plėtrą. Be to, tokia metamedžiaga gali būti naudojama kaip šviesos filtras, atskiriantis tam tikro ilgio šviesą nuo krintančios spinduliuotės. Tai taip pat taikoma kaip pagrindas sukurti itin patikimą magnetinę atmintį, nes metamaterialo ląstelių struktūra neleidžia joms įmagnetinti viena kitos ir taip prarasti informaciją.