Znajdź zawartość

Naukowcy z Cornell University zaproponowali nowatorską metodę jednoczesnego modulowania w czasie rzeczywistym właściwości absorpcyjnych i refrakcyjnych metamateriałów. To zaś pozwoli na kontrolowanie w czasie i przestrzeni propagacji fal w metamateriałach, co może mieć olbrzymie znaczenie zarówno w fizyce, jak i inżynierii. Autorami teoretycznej pracy, opublikowanej na łamach pisma Optica, są doktoranci Zeki Hayran i Aobo Chen oraz ich opiekun naukowy profesor Francesco Monticone. Dotychczas naukowcy zajmujący się metamateriałami badali je pod kątem możliwości kontrolowania albo absorpcji, albo refrakcji fal elektromagnetycznych. Jednak młodzi naukowcy z Monticone Research Grooup wykazali właśnie, że jeśli będziemy w stanie manipulować obiema właściwościami w czasie rzeczywistym, możliwości metamateriałów zostaną znacznie zwiększone. Metamateriały, których właściwości można zmieniać w czasie – zwane chronometamateriałami – mogą przyczynić się do olbrzymich postępów technologicznych. Wykazaliśmy, że jeśli będziemy modulować w czasie obie te właściwości jednocześnie, uzyskamy znacznie lepszą absoprcję fal elektromagnetycznych niż w strukturze stabilnej lub takiej, w której można modulować w jednym momencie tylko jedną z tych cech. Uzyskujemy w ten sposób znacznie bardziej efektywny system, mówi Monticone. Odkrycie możne doprowadzić do stworzenia nowych metamateriałów o bardzo pożądanych właściwościach. Na przykład materiał pochłaniający szerokie pasmo fal radiowych musi mieć grubość powyżej pewnej grubości granicznej, jednak może to znacząco utrudniać projektowanie urządzeń go wykorzystujących. Żeby zmniejszyć grubość takiego materiału, a jednocześnie zwiększyć zakres pochłanianych fal, trzeba pokonać ograniczenia konwencjonalnych materiałów. Jednym ze sposobów na to jest modulowanie ich struktury, wyjaśnia Hayran. Badacze chcą, by ich prace przyczyniły się do dokonania dużego skoku technologicznego. Nie szukamy możliwości stopniowych zmian technologicznych. Chcemy dokonać przełomowych zmian. To nas naprawdę motywuje. Jak można dokonać takich zmian? Trzeba zacząć od samych podstaw, dodaje Monticone. « powrót do artykułu

Chińscy naukowcy z Uniwersytetu Południowo-Wschodniego w Nankinie poinfomowali o stworzeniu urządzenia, które, kontrolując sposób zaginania światła powoduje, iż obiekty wydają się mniejsze niż są w rzeczywistości. Inżynierowie Wei Xiang Jiang i Tie Jun Cui opublikowali artykuł na ten temat w Applied Physics Letters. Urządzenie zmniejszające może wirtualnie zmniejszyć rozmiary obiektu. Takie urządzenie działa w zakresie mikrofal, może zatem zmylić radary i inny sprzęt wykorzystujący fale elektromagnetyczne do wykrywania przedmiotów i spowodować, iż zostanie podjęta zła decyzja. Nasze urządzenie potencjalnie może zostać zastosowane w przemyśle wojskowym - powiedział Cui. Uczeni wykorzystali materiały do zbudowania ośmiu koncentrycznych pierścieni o wysokości 12 milimetrów każdy. W środku można umieścić niewielki przedmiot. Gdy światło przechodzi przez pierścienie zostaje zagięte, a długość fali ulega kompresji. Po dotarciu do wnętrza pierścieni zachodzi dekompresja. Obserwatorowi z zewnątrz wydaje się, że przedmiot umieszczony w środku pierścieni jest mniejszy niż w rzeczywistości. Inżynierowie wyjaśniają, że całość działa nieco podobnie do „czapki-niewidki" tworzonej z metamateriałów, gdyż wirtualnie zmniejsza średnicę najmniejszego okręgu, w którym znajduje się przedmiot. Teoretycznie można zmniejszyć ją tak bardzo, że środkowy okrąg zniknie wraz ze znajdującym się tam przedmiotem. Chińczycy zarówno teoretycznie jak i praktycznie wykazali, że ich konstrukcja działa tak, jak zakładali.

Inżynierowie z Duke University teoretycznie wyliczyli, że za pomocą odpowiednio zaprojektowanego metamateriału możliwe będzie znaczące zmniejszenie strat energii wysyłanej bezprzewodowo. Podczas bezprzewodowego przesyłania energii jej większość jest tracona. Olbrzymich strat można uniknąć tylko wówczas, gdy odbiornik i nadajnik znajdują się bardzo blisko siebie. Jednak uczeni z Duke stwierdzili, że jeśli pomiędzy urządzeniami umieścimy przewidziany przez nich teoretycznie metamateriał, to skupi on energię tak, że mimo większej odległości nadajnika od odbiornika, straty energii będą minimalne. Obecnie udaje się przesłać niewielkie ilości energii na krótkie odległości, na przykład możemy zasilić tagi RFID. Jednak większe ilości energii, takie jak promienie lasera czy mikrofale mogłyby spalić wszystko na swojej drodze - mówi Yaroslav Urzhumov z Duke'a. Nasze obliczenia wskazują, że powinno być możliwe wykorzystanie metamateriału do zwiększenia ilości transmitowanej energii bez występowania efektów ubocznych - dodaje. Urzhumov pracuje w laboratorium profesora Davida R. Smitha, którego zespół jako pierwszy na świecie zaprezentował metamateriał działający jak czapka-niewidka. Jako że metamateriały mogą działać tak, jakby część przestrzeni nie istniała to, zdaniem Urzhumova, ich zastosowanie pomiędzy nadajnikiem energii a odbiornikiem wywoła taki efekt, jakby urządzenia były bardzo blisko siebie. A zatem straty energii powinny być minimalne. Taki materiał, o ile powstanie, powinien składać się z setek lub tysięcy pętli przewodzących ułożonych w jedną macierz. Pętle takie będą umieszczone na podłożu z miedzi i włókna szklanego. System taki musi być dostrojony do specyficznego odbiornika, a ten z kolei musi być zestrojony z nadajnikiem - stwierdził Urzhumov.

Jednym z podstawowych ograniczeń aparatury badawczej - czy to mikroskopu, czy ultrasonografu - jest zawsze rozdzielczość. Wynika ona wręcz z praw fizyki, które decydują, że najmniejszy element jaki może być postrzegany ma rozmiar równy długości fali, której używamy do badań. Stąd bierze się znana każdemu niewyraźność obrazu USG: stosowane w nim fale ultradźwiękowe mają długość około jednego milimetra i taka też jest rozdzielczość badania. Inżynierowie z University of California w Berkeley: Jie Zhu i Xiaobo Yin znaleźli sposób na „oszukanie" praw fizyki i zwiększenie rozdzielczości ponad możliwą. W jaki sposób? Dzięki metamateriałom, których niezwykłe właściwości nie raz opisywaliśmy. Pokazowa aparatura przygotowana przez nich pozwoliła osiągnąć rozdzielczość pięćdziesiąt razy większą niż wynikająca z długości użytej fali, a to wcale nie jest kres możliwości, bo można i więcej - byle oczywiście przygotować odpowiedni metamateriał. Urządzenie sporządzone w uniwersyteckich laboratoriach Nano-scale Science & Engineering Center ma postać tysiąca sześciuset pustych w środku, miedzianych rurek upakowanych w sztabkę o długości 16 centymetrów na 6,3 cm na 6,3 cm. Wykorzystane jako dodatkowy odbiornik przy badaniu falą dźwiękową pozwala wyłapywać tłumione fale, które niosą dodatkową informację o badanym obiekcie. Połączenie ich z odbiorem normalnie rozchodzących się, odbijanych i odbieranych fal pozwala na zwiększenie precyzji, zależne tylko od rozmiaru wykorzystanych miedzianych rurek. W przykładowym zastosowaniu wykorzystano falę akustyczną o częstotliwości 2 kHz, co pozwalałoby normalnie na uzyskanie rozdzielczości około 20 centymetrów. Z zastosowaniem metamateriału uzyskana rozdzielczość wynosiła 4 milimetry, czyli 50 razy mniej. W zastosowaniach praktycznych takie urządzenie umieszczałoby się na zakończeniu sondy ultradźwiękowej, uzyskując mniej ziarnisty, a bardziej szczegółowy obraz.

Naukowcy ze szkockiego University of St. Andrews poinformowali o stworzeniu metamateriału, działającego w zakresie światła widzialnego. Metamateriały zakrzywiają światło, czyniąc przykryty nimi obiekt niewidzialnym. Podobne materiały już istnieją, jednak umieszczano je na sztywnym podłożu. Meta-flex to pierwszy elastyczny metamateriał działający w takim zakresie, co znakomicie zwiększa obszary jego zastosowań. Meta-flex to dzieło zespołu pracującego pod kierunkiem doktora Andrei Di Falco, który opracował sposób na oddzielenie atomów od sztywnego podłoża. Jak mówi Di Falco, w przyszłości prawdopodobnie będzie możliwe używanie Meta-flex do produkcji włókien umieszczanych w soczewkach kontaktowych, które będą znacząco polepszały wzrok. Typowe soczewki mają pewne ograniczenia, takie jak aberracja czy określona rozdzielczość, ale wspomniane przeze mnie idealne soczewki nie będą ich miały.

Igor Smolyaninov z University of Maryland twierdzi, że czasoprzestrzenny bąbel Acubierre'a można symulować w metamateriałach. W roku 1994 meksykański fizyk Miguel Alcubierre zaproponował koncepcję napędu Warp, który ma działać dzięki rozszerzeniu czasoprzestrzeni za statkiem i jej ściśnięciu przed pojazdem. W rzeczywistości statek się nie porusza, ale znajduje się pomiędzy rozszerzającą się i ściskającą czasoprzestrzenią. Teoria względności mówi, że do rozpędzenia obiektu ponad prędkość światła potrzebowalibyśmy nieskończonej ilości energii. W powyższym przypadku obiekt (czyli statek kosmiczny) pozostaje nieruchomy, a więc ilość energii nie musi być nieskończona. Teraz Igor Smolyaninov zaprezentował analizę [PDF], w której zauważa, że skoro metamateriały pozwalają na manipulowanie polem elektrycznym i magnetycznym, to ich odpowiednia budowa umożliwi dowolne sterowanie falami elektromagnetycznymi. A skoro tak, i jeśli Alcubierre ma rację, to możliwe jest stworzenie takiego memtamateriału, kŧóry pozwoli na przeprowadzenie w jego wnętrzu symulacji napędu Warp. Z wyliczeń naukowca wynika, że napęd tego typu mógłby pozwolić na podróże z prędkością równą 1/4 prędkości światła.

Na Purdue University trwają prace nad opracowaniem materiału idealnie czarnego, czyli takiego, który będzie pochłaniał całe promieniowanie elektromagnetyczne w konkretnym zakresie. Profesor Evgenii Narimanov jest zdania, że można tak zaprojektować metamateriał, by spełniał wymieniony powyżej warunek. Naukowiec we współpracy z Mikhailem Noginovem i jego kolegami z Norfolk State University stworzyli materiał złożony ze srebrnych drucików o średnicy 35 nanometrów każdy, które umieszczono na tlenku glinu o powierzchni 1 cm2 i grubości 51 mikrometrów. Materiał badano oświetlając go promieniowaniem o długości około 900 nanometrów pod kątem mniejszym niż 45 stopni. Okazało się, że gdy materiał był oszlifowany, odbijał około 20% promieniowania. Jednak gdy nie był szlifowany, odbijał mniej niż 1% promieni. Narimanov uważa, że jego pomysł można zastosować do całego spektrum promieniowania elektromagnetycznego. W wywiadzie dla New Scientist stwierdził, że podobne metamateriały zostaną najpierw użyte przez wojsko w zastosowaniach dotyczących promieniowania o częstotliwości liczonej w gigahercach. Oznacza to, że mogą powstać samoloty i inne urządzenia niewidoczne dla najnowocześniejszych radarów.

Naukowcy z Uniwersytetu Harvarda i University of Leeds skonstruowali półprzewodnikowy laser terahercowy o rozbieżności (dywergencji) znacznie mniejszej niż w dotychczasowych laserach. Dzięki temu nowe będzie można w pełni wykorzystać możliwości, jakie daje laser terahercowy. Fale terahercowe z łatwością przechodzą przez wiele różnych materiałów, dzięki czemu mogą być stosowane zarówno w systemach bezpieczeństwa do wykrywania ukrytej broni czy materiałów biologicznych, w medycynie do obrazowania guzów nowotworowych czy w inżynierii do wykrywania uszkodzeń w materiałach. Niestety obecnie wykorzystywane lasery terahercowe w wielu przypadkach nie mogą być wykorzystane, ponieważ ich promień jest bardzo rozproszony - mówi Federico Capasso z Harvard University. Dzięki umieszczeniu na fasecie lasera specjalnej struktury optycznej byliśmy w stanie uzyskać wysoce skolimowany promień i wysoką koncentrację mocy bez konieczności stosowania konwencjonalnych drogich i nieporęcznych soczewek - dodaje. Co ciekawe, we wspomnianej strukturze wykorzystano metamateriały, o których od paru lat głośno jest w nauce.

Zespół pracujący pod kierunkiem Tolgi Ergina z Instytutu Technologicznego w Karlsruhe opracował pierwszą w historii trójwymiarową czapkę niewidkę. Dotychczas konstruowane urządzenia tego typu działały tylko w jednym kierunku, a zatem można było je zobaczyć po zmianie pozycji. Naukowcy skorzystali z koncepcji opracowanej przez profesora Johna Pendry'ego z Imperial College London, który brał udział w ich pracach. Pendry zaproponował coś, co porównał do ukrycia obiektu pod dywanem i schowania wybrzuszenia. "Jeśli ukryjesz coś pod dywanem, pojawi się wybrzuszenie i zobaczysz powodowane nim zakłócenia w odbiciu światła. My na to wybrzuszenie nałożyliśmy czapkę niewidkę" - mówi Ergin. Aby tego dokonać naukowcy musieli zmienić indeks refrakcyjny materiału. Użyli w tym celu polimerowych kryształów, składających się z miniaturowych pręcików. "Zmieniając grubość pręcików, można zmienić stosunek indeksu powietrza do polimeru" - mówi Ergin. Indeks refrakcyjny powietrza jest bliski 1, a indeks polimeru to około 1,52. Odpowiednio nim manipulując naukowcy ukryli obiekt przed dużym zakresem światła o długości fali nieco większej niż ta, którą widzimy. W takim świetle obiekt stawał się niewidoczny. Wcześniej uzyskano podobne rezultaty zmieniając indeks refrakcyjny krzemu dzięki nawierceniu w nim otworów. Jednak, jako że otwory można nawiercić tylko w jednym kierunku, krzem był niewidoczny tylko dla obserwatora znajdującego się w określonym miejscu. Zespół Ergina stworzył czapkę niewidkę działającą w trzech wymiarach. Na razie ukryli pod nią wybrzuszenie wysokości mikrometra, jednak, jak mówi Ergin, nie istnieją żadne teoretyczne przeszkody, dla których nie można by w podobny sposób ukryć całego budynku. Najważniejszym wyzwaniem jest obecnie skonstruowanie podobnego urządzenia działającego w widzialnym świetle. Prawdopodobnie będzie to wymagało zmniejszenia polimerowych pręcików z obecnych 200 do 10 nanometrów. Naukowcy chwalą osiągnięcia niemieckich kolegów i zauważają, że przydadzą się w optyce, telekomunikacji, posłużą do przechowywania światła czy budowy optycznych układów scalonych. W przyszłości, co niewykluczone, mogą powstać na tyle duże czapki niewidki, iż ukryją człowieka.

Zespół pracujący pod kierownictwem Ji-Ping Huanga z Uniwersytetu Fudan w Szanghaju zaproponował teoretyczną "płynną czapkę-niewidkę". Pomysł Chińczyków może stać się składnikiem, ułatwiającym produkcję metamateriałów. Ji-Ping Huang proponuje umieścić w wodzie 10-nanometrowe kulki magnetytu pokryte 5-nanometrową warstwą srebra. Kulki należałoby połączyć za pomocą polimerowych łańcuchów, co zapobiegnie ich zbijaniu się w gromady. W normalnych warunkach takie kulki będą swobodnie unosiły się na powierzchni wody. Jeśli jednak poddamy je działaniu pola magnetycznego, cząstki spontanicznie ułożą się w łańcuchy, których długość będzie zależała od siły pola. Łańcuchy będą się przyciągały, tworząc szerokie kolumny. Łańcuchy i kolumny będą układały się wzdłuż kierunku linii pola magnetycznego. Jeśli będą zorientowane pionowo, wówczas uzyskają ujemny indeks refrakcji, zaginając światło w odwrotną stronę, niż dzieje się to w normalnych warunkach. Chińczycy przeprowadzili symulowane doświadczenia dla trzech długości światła czerwonego i podczerwonego. Inni specjaliści mówią, że zaprezentowana teoria jest przekonująca, ale to nadal teoria. Huang wraz z Xiang Zhangiem z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley pracują teraz nad stworzeniem płynnego metamateriału.

Przed kilkoma miesiącami pisaliśmy o metamateriałach i stworzeniu z nich czapki-niewidki. Teraz okazuje się, że, przynajmniej teoretycznie, mogą one nie tylko powodować, by obiekty były niewidzialne, ale również, by wyglądały jak inne obiekty. Che Chan i jego zespół z Hongkońskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii uważają, że możliwe jest stworzenie takiego metamateriału, którego przenikalność elektryczna i magnetyczna byłaby komplementarna w stosunku do najbliższego otoczenia przedmiotu, co do którego chcemy, by wyglądał inaczej. Jeśli np. chcielibyśmy sprawić, by mysz wyglądała jak słoń, to "komplementarność" oznacza w tym wypadku, iż metamateriał "zeruje" wpływ, jaki wywiera mysz na promienie światła. Po zastosowaniu metamateriału światło, odbite od myszy, zostałoby zagięte z powrotem w jej kierunku, powodując "zniknięcie" zwierzęcia. To pierwszy krok, który musi zostać wykonany. Następnie metamateriał musiałby w taki sposób wpłynąć na światło, jak wpłynęłaby nań obecność słonia w miejscu myszy. Po zastosowaniu takiego metamateriału każdy, kto patrzyłby na mysz, ujrzałby słonia. Chan zauważa, że już stworzone metamateriały działają właśnie w taki sposób. Ukrywają obiekt tworząc złudzenie wolnej przestrzeni. Pozostaje pytanie, czy możliwa będzie praktyczna realizacja pomysłu naukowców z Hongkongu?

W ciągu ostatnich miesięcy media wielokrotnie donosiły o pewnych dość egzotycznych materiałach, z których można wykonać płaskie soczewki, potężne mikroskopy, a nawet pozwolą stworzyć tkaniny, czyniące przykryte nimi osoby i przedmioty niewidzialnymi. Metamateriały, bo o nich mowa, trudno jednak wytworzyć i stosować. Uczeni z Princeton University ogłosili właśnie, że opracowali nową metodę produkcji, dzięki której metamateriały nie tylko będą powstawały łatwiej, ale i będą oferowały doskonalsze właściwości. Jedną z najważniejszych cech metamateriałów jest negatywny indeks refrakcji. Oznacza to, że zaginają światło, w przeciwnym kierunku do kierunku jego padania. Metamateriały mogą być użyte np. do zagięcia fali elektromagnetycznej (a taką falą jest też światło), wokół obiektu. Tym samym obiekt przykryty metamateriałem byłby niewidzialny. Dotychczas zademonstrowano materiały zdolne do zapewnienia niewidzialności, jednak są one bardzo trudne w produkcji. Ponadto metamateriały silnie absorbują światło, przez co nie można ich zastosować w optyce. Uczonym z Princeton University udało się opracować nową metodę produkcji metamatriałów. Polega ona na pokryciu materiału niezwykle cienką warstwą półprzewodnika. Co więcej, można to zrobić wykorzystując te same narzędzia, które są używane do produkcji laserów dla telekomunikacji. Nowy metamateriał korzysta z warstw arsenku galowo-indowego i glinowo-indowego. Został on przystosowany do pracy w podczerwieni. Każda z warstw półprzewodnika jest cieńsza niż długość fali światła, dla którego został on stworzony. Światło padając na nowy metamateriał, napotyka od razu wiele warstw i reaguje z nimi tak, jakby były jednym unikatowym materiałem. Metamateriały, jak już wspomniano, zaginają światło w nietypowy sposób. Jednak nowy metamateriał robi to jeszcze bardziej niezwykle. Gdy promień światła ulega zagięciu (czy to w zwykłym materiale czy w metamateriale), fala świetlna pozostaje równoległa do promienia. W nowym metamateriale zagięciu ulega jedynie promień, ale nie fala. Na komputerowej symulacji daje to wrażenie, jakby promień ześlizgiwał się po boku fali. Właściwość tę widać na dolnej części udostępnionej w Sieci fotografii. Dzięki takiemu sposobowi zaginania światła nowy metamateriał absorbuje go znacznie mniej, co czyni go potencjalnie przydatnym w optyce. Obecnie uczeni z Princeton pracują nad skonstruowaniem soczewek dla urządzeń wykorzystywanych w badaniach chemicznych. Informują, że jednym z pierwszych szerokich zastosowań nowego metamateriału będzie prawdopodobnie polepszenie właściwości noktowizorów.

Ochrona wybrzeży przed falami to poważne wyzwanie dla specjalistów na całym świecie. Matematycy z University of Liverpool wraz z fizykami z Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) i Aix-Marseille Universite, odkryli, że wybrzeża można chronić dzięki... metamateriałom. Obecnie ochrona przed falami polega na budowaniu struktur, które są w stanie je rozbić. Jednak budowle te są bezsilne, w przypadku fal, które przeleją się nad nimi lub też będą na tyle potężne by je zniszczyć. Ponadto rozbijanie fal nie zapobiega ich dotarciu na wybrzeże i wyrządzeniu szkód. Opracowana przez uczonych struktura ma cylindryczny kształt i składa się ze słupów, które kierują wodę wzdłuż koncentrycznie ułożonych korytarzy, prowadząc je do wewnątrz budowli. Całość przypomina wirówkę. W takiej "wirówce" fale nie są rozbijane, ale kierowane w inne miejsce, tam, gdzie nie wyrządzą szkód. Co więcej sama struktura jest dla fali niewidoczna. Nie stanowi dla niej przeszkody, więc nie grozi jej zniszczenie. Naukowcy chcą teraz wypróbować swój laboratoryjny model w świecie rzeczywistym. Jeśli próby się powiodą, "niewidzialne" dla fal struktury pomogą chronić platformy wiertnicze w czasie sztormów czy wybrzeża przed tsunami.

Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley po raz pierwszy w historii stworzyli trójwymiarowe materiały, które mają negatywny indeks refrakcji dla światła widzialnego i bliskiej podczerwieni. Materiał zagina światło w odwrotnym do naturalnego kierunku. Odkrycie pozwoli na stworzenie lepszych technologii optycznych, układów scalonych dla wysoko wydajnych komputerów oraz na uczynienie przedmiotów niewidzialnymi dla ludzkiego oka. Już wcześniej inne zespoły badawcze stworzyły metamateriały zapewniające niewidzialność, jednak dopiero odkrycie z Berkeley pozwala na zastosowanie jej w praktyce. Dotychczas bowiem metamateriały albo były dwuwymiarowymi warstwami atomów, których właściwościami nie mogliśmy manipulować, albo też, w przypadku materiałów 3D, wykazywały one ujemny indeks refrakcji tylko w przypadku niewidzialnego dla oka promieniowania mikrofalowego. My stworzyliśmy trójwymiarowy metamateriał, który ma ujemny indeks refrakcji w paśmie widzialnym - mówi profesor Xiang Zhang, którego zespół opracował nowe materiały. Ludzkie oko widzi światło o długości fali od 400 do 700 nanometrów. Tymczasem struktura metamateriału, by nadać mu ujemny indeks refrakcji, musi być mniejsza niż długość fali. Nic więc dziwnego, że łatwiej było uzyskać metamateriały zaginające fale o długości od 1 milimetra do 30 centymetrów. Uczeni z UC Berkeley stworzyli nowy metamateriał łącząc srebro z fluorkiem magnezu. Następnie ponacinali go tak, by powstała matryca składająca się z miniaturowych igiełek. Zauważono zjawisko ujemnej refrakcji przy falach o długości 1500 nm (bliska podczerwień). Jason Valentine wyjaśnia, że warstwy przewodzącego srebra i nieprzewodzącego fluorku magnezu działają jak obwód. Naprzemienne ułożenie obok siebie takich obwodów powoduje, że odpowiadają one na docierające do nich światło w kierunku przeciwnym do jego pola magnetycznego. Ponadto metamateriał absorbuje minimalną ilość światła. Innymi słowy, materiał składa się z silnie reagujących na światło nanoobwodów, które jednocześnie niemalże go nie pochłaniają. Naturalne materiały nie reagują na pole magnetyczne światła, ale nasz metamateriał to robi. Po raz pierwszy stworzyliśmy więc materiał, o którym można powiedzieć, że wykazuje magnetyzm optyczny, co oznacza, że zarówno pole elektryczne jak i magnetyczne fali światła poruszają się w nim w odwrotnym kierunku - mówi Valentine. Kolejny z metamateriałów został stworzony ze srebrnych nanowókien, które wzrastały na porowatym podłożu z tlenku glinu. Na nim zaobserwowany odwrotne odbicie dla fali długości 660 nanometrów. Po raz pierwszy więc zauważono go dla światła widzialnego. Geometria pionowych nanowłókien, które są do siebie równoległe i jednakowo odległe jedno od drugiego, została zaprojektowana tak, by całość reagowała tylko na pole elektryczne fali świetlnej - mówi Jie Yao, kolejny z autorów badań. Z kolei pole magnetyczne niemal w ogóle nie reaguje z materiałem, dzięki czemu nie dochodzi do dużych strat energii. Co ciekawe, ten metamateriał zagina światło w przeciwną niż zwykle strone, ale, technicznie rzecz biorąc, nie można tutaj mówić o ujemnym indeksie refrakcji. Mamy z nim bowiem do czynienia wtedy, gdy wartości dla przenikalności elektrycznej i magnetycznej są ujemne. Najwięcej korzyści dają metamateriały z ujemnym indeksem refrakcji, czyli takie, jak wspomniane na wstępie połączenie srebra i fluorku magnezu. To one pozwolą udoskonalić anteny, znacząco redukując interferencje czy też umożliwią odwrócenie efektu Dopplera. Jednak dla większości zastosowań przewidywanych dla metamateriałów, takich jak tworzenie z nich czujników optycznych czy powodowanie niewidzialności, oba wspomniane powyżej materiały będą przydatne. Tym co czyni je tak użytecznymi, jest możliwość współpracy z szerokim spektrum długości fali optycznej przy minimalnej stracie energii - stwierdza Zhang. Uczeni przypominają jednak, że wciąż czekają nas wieloletnie badania, zanim np. powstaną "płaszcze-niewidki". Oba nowe metamateriały są bowiem bardzo kruche i są metalami. Poważnym wyzwaniem będzie również opracowanie metod masowej produkcji takich materiałów.

W ubiegłym roku media obiegła wiadomość o stworzeniu metamateriałów, które mogą uczynić okryty nimi obiekt niewidzialnym. Tym razem hiszpańscy naukowcy opisali metamateriał nieprzenikalny dla fal dźwiękowych. Może on się przydać przy budowie domów, w których nie będą nam przeszkadzali hałasujący w nocy sąsiedzi, konstruowaniu hal koncertowych czy okrętów wojennych. Matematyczne podstawy konstrukcji metamateriałów znane są od lat, jednak ich produkcja jest bardzo trudna. Hiszpanie twierdzą, że wiedzą, jak je stworzyć. Jose Sanchez-Dehesa z politechniki w Walencji, uważa, że metamateriał składający się z niewielkich cylindrów spowoduje, że dźwięk nie będzie go przenikał tylko opływał. Symulacje wykazały, że 200 warstw takiego metamateriału jest w stanie zatrzymać każdy dźwięk. Z kolei zmniejszając liczbę warstw można wyeliminować wybrane częstotliwości. Doktor Sanchez-Dehesa chce teraz stworzyć opisany przez siebie metamateriał, by potwierdzić dane uzyskane z przeprowadzonych symulacji. Inni naukowcy, tacy jak profesor John Pendry z Imperial College London uważają, że wyprodukowanie metametariału nie jest konieczne do przeprowadzenia dowodu. Zdaniem Pendry'ego, to czego dokonał Hiszpan nie jest nierealaną teorią, nie wymaga to, byśmy dokonywali jakichś niezwykłych rzeczy. Ten metamateriał może być z łatwością wyprodukowany. Co ważne, nieprzenikalny dla dźwięku metamateriał może w ciągu najbliższych lat trafić na rynek. Znajduje się on bowiem w znacznie bardziej zaawansowanej fazie rozwoju, niż metamateriały zapewniające niewidzialność.

Choć stosowanie przez armię laserów bojowych wysokiej mocy jest raczej zagadnieniem teoretycznym, już powstaje materiał umożliwiający ochronę przed taką bronią. Badania prowadzone w ośrodku China Lake Naval Warfare Center mają doprowadzić do powstania tarczy nie tylko dla najdroższych machin bojowych, jakimi są okręty, ale też drobniejszego sprzętu, a nawet żołnierzy. Podstawą nowej technologii obronnej są tzw. metamateriały. Wykonane z nich osłony będą w stanie odbijać promienie lasera dzięki ujemnemu współczynnikowi załamania światła. Rozmiary struktur decydujących o właściwościach "tarczy" mają być na tyle małe, aby zabezpieczenie było skuteczne w wypadku każdego niemal typu lasera. Naukowcy rozważają zastosowanie kompozytu składającego się z trzech warstw o klasycznych właściwościach oraz umieszczonych między nimi metamateriałów. "Przekładaniec" ma niewiele ważyć i być na tyle cienki, by możliwe było jego powszechne użycie. Mimo że wspomniane badania mają zapewnione finansowanie, pomysłodawcy nietypowej tarczy wiedzą, że czeka ich trudne zadanie. Ciekawe, czy zdążą je wykonać, zanim lasery dołączą do standardowego uzbrojenia jednostek wojskowych świata.

Kto z mieszkańców bloków doświadczył dwutygodniowego remontu u sąsiada, ten nie będzie się mógł doczekać wprowadzenia w życie wynalazków, którymi zajmują się naukowcy z Imperial College London, Duke University w Karolinie Północnej czy Hong Kong University of Science and Technology. Celem teoretycznych jeszcze prac jest bowiem stworzenie systemu "maskowania akustycznego", czyli spowodowanie, aby dźwięki otoczenia omijały wybrany fragment przestrzeni. Badacze opracowali matematyczny model materiałów o właściwościach umożliwiających uzyskanie wspomnianego efektu. Zaprojektowane przez nich tworzywa należą do grupy tzw. metamateriałów, znanych z dość niezwykłych cech (np. niektóre z nich mają ujemny współczynnik załamania światła). Osiągnięcie uczonych jest tym bardziej godne uznania, że wielu ich kolegów uważało trójwymiarowy efekt maskowania dźwięku za niemożliwy do uzyskania. Jeszcze dalej zaszli pracownicy hiszpańskiego Polytechnic University of Valencia. Doktor Jose Sanchez-Dehesa Moreno informuje, że jego zespół ma już pierwszy projekt urządzenia pozwalającego np. na ukrycie łodzi podwodnej przed sonarami. Ma się ono składać z prętów o odpowiednio dobranych rozmiarach oraz właściwościach mechanicznych. Podobna osłona mogłaby poprawić akustykę sal koncertowych, albo wyciszyć wnętrza budynków. Twórcy wspomnianych metamateriałów przestrzegają jednak, że będą one działały tylko w pewnym zakresie częstotliwości dźwięku. Liczą oni, że zakres ten okaże się wystarczająco szeroki, mógł znaleźć praktyczne zastosowania.