Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Метаматериалы для видимого света

Ключевые слова:  наноструктура, Оптические материалы, периодика

Опубликовал(а):  Трусов Л. А.

08 января 2007

Сделан очередной решительный шаг в развитии метаматериалов. Исследователям из Ames Laboratory (U.S. Department of Energy) удалось впервые разработать материал с отрицательным показателем преломления для видимого света. Подобные материалы открывают новые возможности в оптике. Особый интерес представляет создание систем визуализации высокого разрешения, а также устройств маскировки.

Метаматериалы (левосторонние материалы, left-handed materials) - это экзотические искусственные материалы, обладающие электромагнитными свойствами, не присущими ни одному из составных элементов. В частности, такие материалы могут обладать отрицательным показателем преломления, т.е. преломлять лучи света на отрицательные углы. Подобное свойство дает возможность контролировать свет подобно электрическому току в полупроводниках.

Левосторонние материалы могут привести к разработке суперлинз для видимого света. Такие линзы смогут обладать разрешением, сильно превосходящим то, которое может быть достигнуто по ныне существующим технологиям. Возможность наблюдения объектов, чьи размеры не превышают длину волны видимого света, будет очень кстати как в материаловедении, так и в медицине.

Материал имеет ячеистую структуру. Для его получения была вытравлена матрица из 100-нанометровых отверстий в слоях серебра и фторида магния на стеклянной подложке. Показатель преломления такой структуры составил - 0.6 для света с длиной волны 780 нм.

Улучшить характеристики структуры позволило использование серебра вместо ранее применявшегося золота. Серебро обладает меньшим сопротивлением, а потери энергии являются основным ограничивающим фактором при проектировании подобных материалов. Также возникают и проблемы, связанные с малыми размерами структурных элементов.

Пока полученные метаматериалы работают только в одном направлении, однако и это является огромным достижением с момента открытия эффекта отрицательного показателя преломления шесть лет назад.

Ссылки по теме:
Новые материалы позволят видеть сквозь стены (Membrana.ru)
Метаматериалы в оптическом диапазоне (Успехи физических наук)
Metamaterial (Wikipedia)


Источник: Nanowerk



Комментарии
Скорее всего - это оптическое волокно. Действие этого волокна основывается на разном коэффициенте преломления составных его частей. Оно действует подобно электрическому проводу - жила состоит из материала с большим коэффициентом преломления, чем окружающая оболочка (свет подобно току в электрических проводах). Попадая на границу между материалами с разными коэффициентами преломления, он будет направляться в материал, который имеет больший коэффициент преломления. Дойдет до жилы и "зафиксируется" там. И далее будет проходить по жиле до того места, где будет преломлен.Естественно, что это многожильный материал.
Свет не будет преломляться, он будет как бы обтекать человека.
В случае одной направленности более менее просто, результаты котого и были представлены в данной статье. То есть на одной стороне фиксируются лучи, на противоположной - отдаются. Но наиболее ценным является изготовление материала "многостороннего" направления. Это нужно для того, чтобы при наличиии двух и более наблюдателей человек в "невидимом плаще" был невидим для всех наблюдателей, а не только для одного. То есть надо заставить один и тот же материал и собирать лучи и отдавать их.
Да и вообще, странно, что данный материал имеет одинаковую структуру. По идее, на входе (где лучи входят в материал) жила (сердцевина) должна иметь больший коэффициент преломления, чем оболочка, а на выходе - наоборот. То есть самый низкий коэффициент преломления у оболочки (вход), самый большой коэффициент преломления - оболочка (выход). Жила имеет средний коэффициент преломления. Имеются в виду, конечно, материалы из которых сделаны оболочки и жила.
Как подобные материалы позволяют "видеть сквозь стены"?
На мой взгляд, речь идет о построении голограммы. То есть мы видим не сам объект, который в нормальном состоянии скрыт за другим объектом, а построенную голограмму. Свет, отражаясь от серебра, образует так называемую "опорную волну". Она является когерентной "предметной волне", которая отходит непосредственно от предмета. Опорная и предметная волны, накладываясь друг на друга, образуют голограмму, которую мы и наблюдаем.
И в данном случае нас интересует мнимое изображение.
А перенос света осуществляется при помощи оптического волокна.
Почему серебро? Серебро обладает меньшим сопротивлением, но также серебро хорошо отражает видимые лучи (более 90% от общего количества составляют отраженные лучи).
Создание голограммы с использованием света видимой части спектра на первый взгляд является фантастикой. Но появление метаматериалов, на теоретическую возможность существования которых указывал советский физик В. Веселаго почти 40 лет тому назад, открывает возможность создания таких голограмм. Метаматериалы имеют отрицательный показатель преломления. Веселаго показал, что n<0, если ε<0 (диэлектрическая проницаемость) и μ<0 (магнитная проницаемость).

Описание продукта проекта.
1. Вход.
Обоснование использования наноразмерных зеркальных поверхностей. Альтернатива лазеру. Как известно, спектр свечения квантовых точек зависит от их размера (в отличие от объемных материалов), то есть, чем меньше квантовая точка, тем она ярче. «Видимый свет», отражаясь от зеркальных поверхностей, освещает объект.
Обоснование использования системы двух зеркал. В системе из двух плоских зеркал, расположенных под углом γ, угол отклонения ω (угол между направлениями падающего луча и отраженного луча) не зависит от направления падающего луча и определяется следующей зависимостью: ω = 2γ. Этим обеспечивается «независимость действия оптоволокна» от направления падающего луча.
Обоснование использования фуллеритовых пленок.
Получение голограмм на основе фуллеренов показали их перспективность для использования в устройствах обработки оптической информации, обращении волнового фронта. Высокая степень нелинейности среды с фуллеренами может быть использована для сжатия оптического импульса в наносекундной области длительности. Фуллеренсодержащие материалы могут использоваться в устройствах восстановления изображения (обращении волнового фронта), удвоении и утроении частоты падающего излучения.

2. Выход.
Стеклянная пластинка с лунками, стенки которых покрыты серебром. Дно лунки без серебряного напыления. Лунки имеют нанометровые размеры. Необходимо, чтобы интерференционная картина выходила за пределы лунки, чтобы мы смогли восстановить изображение.
В качестве прототипа рассмотрим опыт с зеркалом Ллойда, который демонстрирует зависимость видности полос от апертуры интерференции.
Прямой пучок света от источника интерферирует с пучком, отраженным от зеркала при почти скользящем падении (В нашем случае, лунки диаметром 100 нм и глубиной 100 нм обеспечивают скользящее падение). В этом случае апертура интерференции сильно зависит от положения точки наблюдения Р на экране (экран, в нашем случае, условный), установленном перпендикулярно плоскости зеркала. Апертура тем меньше, чем ближе точка Р к плоскости зеркала. Но при больших апертурах наблюдать интерференцию можно только от источников, размеры которых меньше длины световой волны (В нашем случае, D=50 нм; D<λ (0,5 мкм)).


Определим размер области, в пределах которой видность полос V≥⅔ при заданной ширине D щели источника: x≤250 нм.
Угол схождения лучей (0,5).

Распространение света в веществе должно, казалось бы, сопровождаться рассеянием. С макроскопической точки зрения рассеяние света может быть обусловлено только неоднородностью среды.
В нашем случае наличие неоднородностей является не только нежелательным фактором, а наоборот, обязательным. Причина заключается в том, что в процессе восстановления реализуется обращение волнового фронта предметной волны.



Как известно, спектр свечения квантовых точек зависит от их размера (в отличие от объемных материалов), то есть, чем меньше квантовая точка, тем она ярче.

Ой (или "упс" по-модно-зарубежному): попутаны и длины волн с интенсивностью, и все прочее
В академию!
Спектр свечения квантовых точек зависит от их размера - это понятно. Но данный материал, по идее, должен представлять из себя "гибрид" - объемный материал и наноматериал. Применение наноматериалов необходимо из-за отсутствия лазерного излучения (как известно, при построении голограммы используется лазерное излучение). Использование объемного материала необходимо для того, чтобы не превратить данный материал в "одну огромную квантовую точку" - материал должен проводить свет, а не отражать его.
А то, что "попутаны" длины волн с интенсивностью - это правда. Ведь информация представлена на сайте (в свободном доступе). Своей публикацией я хотела отобразить идею, а цифры я оставлю пока при себе-хочу участвовать в конкурсе. А вообще, без экспериментальных данных, все это просто идея, и не более того.
Ну если просто "идея", то конечно.
А "гибрид", это будет что-то такое этакое, что не будет работать в реальных условиях, но запросто для "идеи"?
Вы постарайтесь, пожалуйста, хотя бы немного разобраться в разнице между квантовыми точками полупроводников и наноструктурами металлов - какие возможности и, соответственно, ограничения - должно немного помочь с "идеями".
Формирование оптического изображения можно интерпретировать как передачу информации. В этом случае отображаемый объект осуществляет пространственную модуляцию световой волны, вызывая появление дифрагировавших волн. Эти отклоненные на разные углы волны несут информацию о параметрах объекта (аналогично боковым полосам при временной модуляции)
Прочитала статью "Метаматериалы для видимого света" еще раз. Маскировка осуществляется за счет построения голограммы объекта. Больше тут ничего и не придумаешь.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Золотые коробочки: вопросы самоорганизации
Золотые коробочки: вопросы самоорганизации

Научно-популярный лекторий РНФ на Международном молодежном научном форуме «Ломоносов-2019»
С 9 по 11 апреля российские ученые рассказывают о своих научных исследованиях, которые выполняются по грантам Российского научного фонда. Лекции проходят в рамках Лектория РНФ во время проведения Международного молодежного научного форума «Ломоносов-2019».

Фестивали «От Винта!» и NAUKA 0+ представили инновационные проекты на выставке Hannover Messe 2019
Ганновер (Германия) 5 апреля 2019 года. – Объединённая экспозиция Фестиваля детского и молодежного научно-технического творчества “От Винта!” и Всероссийского фестиваля NAUKA 0+ была представлена на крупнейшей выставке промышленных технологий Hannover Messe 2019 в Германии в составе стенда Российской Федерации, организованного Российским экспортным центром при поддержке Министерства промышленности и торговли РФ.

Стань магистрантом в области светодиодных технологий без экзаменов
От бакалавриата к магистратуре без вступительных экзаменов уже сейчас? С портфолио возможно все! Участвуйте в конкурсе «Науке нужен ты!» и получайте бюджетный билет в первую в России магистерскую программу в области светодиодных технологий и оптоэлектроники Университета ИТМО!

Интервью с Константином Козловым - абсолютным победителем XIII Наноолимпиады
А.А.Семенова
Школьник 11 класса Константин Козлов (г. Москва) стал абсолютным победителем Олимпиады "Нанотехнологии - прорыв в будущее!" 2018/2019 по комплексу предметов "физика, химия, математика, биология". О своих впечатлениях, увлечениях и немного о планах на будущее Константин поделился с нами в интервью.

Микроэлементарно, Ватсон: как микроэлементы действуют на организм
Алексей Тиньков
Как на нас воздействуют кадмий, ртуть, цинк, медь и другие элементы таблицы Менделеева рассказал сотрудник кафедры медицинской элементологии РУДН Алексей Тиньков в интервью Indicator.Ru

Зимняя научная конференция студентов 4 курса ФНМ МГУ 22-23 января 2019 г.
Сафронова Т.В.
Настоящий сборник содержит тезисы докладов зимней научной студенческой конференции студентов 4-го курса ФНМ

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.