Dažreiz mūsdienu tehnoloģiju attīstību var sajaukt ar maģiju. Burvju vietā darbojas precīza zinātne. Viena no pētījumu jomām, kuras rezultāti varētu kalpot par "pasaku atribūtu" īpašību ilustrāciju, ir metamateriālu izstrāde un radīšana.
No tīri fiziskā viedokļa metamateriāli ir mākslīgi veidotas un īpaši konstruētas struktūras, kurām ir dabā nesasniedzamas elektromagnētiskas vai optiskas īpašības. Pēdējos nosaka pat to sastāvā esošo vielu īpašības, bet gan to struktūra. Galu galā no tiem pašiem materiāliem jūs varat veidot līdzīgas mājas pēc izskata, bet vienam būs lieliska skaņas izolācija, bet otrā jūs pat dzirdēsiet kaimiņa elpu no pretējā dzīvokļa. Kāds ir noslēpums? Tikai celtniekam spējot rīkoties ar piešķirtajiem līdzekļiem.
Metamaterial / Public domain
Pašlaik materiālu zinātnieki jau ir izveidojuši daudzas struktūras, kuru īpašības dabā nav atrodamas, lai gan tās nepārsniedz fiziskos likumus. Piemēram, viens no izveidotajiem metamateriāliem var tik smalki manipulēt ar skaņas viļņiem, ka tur gaisā nelielu bumbiņu. Tas sastāv no diviem režģiem, kas samontēti ar ķieģeļiem, kas piepildīti ar termoplastiskiem stieņiem, kuri ir ievietoti "čūskā". Skaņas vilnis ir fokusēts kā gaisma objektīvā, un pētnieki uzskata, ka šī ierīce ļaus viņiem attīstīt skaņas vadību, lai varētu mainīt tā virzienu, tāpat kā tagad mainot gaismas stara ceļu, izmantojot optiku.
Bumbu gaisā notur skaņas vilnis, ko fokusē metamateriāls / RIA Novosti ilustrācija. A. Polyanina
Cits metamateriāls var sevi pārkārtot. No tā bez roku palīdzības tiek samontēts objekts, jo formas izmaiņas var ieprogrammēt! Šāda "gudra" materiāla struktūra sastāv no kubiņiem, kuru katra siena sastāv no diviem ārējiem polietilēntereftalāta slāņiem un viena iekšējā slāņa ar abpusēju līmlenti. Šis dizains ļauj mainīt objekta formu, apjomu un pat stingrību.
3D formas maiņas materiāls, ko izstrādājusi Hārvardas universitāte / Johannes Overvelde / Bertoldi Lab / Harvard SEAS
Bet visvairāk pārsteidzošās īpašības ir optiskās metamateriāli, kas var mainīt realitātes vizuālo uztveri. Viņi "strādā" viļņu garuma diapazonā, ko redz cilvēka acs. No šādiem materiāliem zinātnieki ir izveidojuši audumu, no kura var izgatavot neredzamības apmetni.
Reklāmas video:
Tomēr līdz šim tikai mikroobjektu var padarīt neredzamu optiskajā diapazonā.
Iespēju izveidot materiālu ar negatīvu refrakcijas leņķi vēl 1967. gadā paredzēja padomju fiziķis Viktors Veselago, taču tikai tagad parādās pirmie reālo struktūru paraugi ar šādām īpašībām. Negatīvā refrakcijas leņķa dēļ gaismas stari noliecas ap objektu, padarot to neredzamu. Tādējādi novērotājs pamana tikai to, kas notiek aiz tā cilvēka muguras, kurš valkā “brīnišķīgo” apmetni.
Tā mākslinieks iztēlojās neredzamības nanoklu / Xiang Zhang grupu, Berkeley Lab / UC Berkeley
Jaunākais sasniegums optisko metamateriālu izveidē pieder krievu zinātniekiem no NUST MISIS. Turklāt "sastāvdaļas" izmantoja visbiežāk - gaisu, stiklu un ūdeni. Zinātnieku darbam tika piešķirta izdevniecības Nature publikācija vienā no visaugstāk novērtētajiem žurnāliem pasaulē Scientific Reports.
Aleksejs Bašarins, asociētais profesors, NUST MISIS, tehnisko zinātņu kandidāts / NUST MISIS
"Tas ir ļoti dārgi un grūti pētīt metamateriālus optiskajā diapazonā, katrs šāds paraugs var maksāt tūkstošiem eiro," sacīja Aleksejs Bašarins, pētnieks no supravadīšanas metamateriālu laboratorijas NUST MISIS, Ph. D. “Turklāt kļūdu iespējamība, veidojot šādu sistēmu, ir ļoti augsta, pat izmantojot visprecīzākos rīkus. Tomēr, ja izveidojat lielāka mēroga materiālu, kurā būs nevis optiskie (400–700 nm), bet radioviļņi (7–8 cm gari), procesa fizika no šādas mērogošanas nemainīsies, bet to izveidošanas tehnoloģija kļūs vienkāršāka.”
Pētot izveidoto struktūru īpašības, darba autori parādīja, ka šāda veida vielai vienlaikus ir vairāki praktiski pielietojumi. Pirmkārt, tie ir sarežģītu molekulu sensori, jo pēdējie, iekrītot metamateriāla laukā, sāk mirdzēt. Tādā veidā var noteikt pat atsevišķas molekulas, kas potenciāli var būtiski ietekmēt, piemēram, tiesu ekspertīžu attīstību. Turklāt šādu metamateriālu var izmantot kā gaismas filtru, atdalot noteikta garuma gaismu no krītošā starojuma. Tā ir piemērojama arī kā pamats īpaši uzticamas magnētiskās atmiņas izveidei, jo metamateriāla šūnu struktūra neļauj tām magnetizēt viena otru un tādējādi zaudēt informāciju.