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

 

Горящая роза
Горящая роза

Коллекция статей в Frontiers in Chemistry, посвященная Международному Году Периодической Таблицы Элементов
Открыт прием статей в коллекцию Frontiers in Chemistry (Open Access, IF 4.155), посвященной 150 - летию Периодической Таблицы Элементов.

Рейтинг МГУ
По сообщению пресс - службы МГУ, в международном образовательным рейтинге Quacquarelli Symonds (QS) Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова укрепил лидирующие позиции, поднявшись с 90-й строчки на 84-ю. МГУ стал единственным отечественным вузом, попавшим в топ-100 ведущих университетских центров планеты.

12 конференция по нанотоксикологии в Зальцбурге
9, 10 и 11 - 13 сентября 2019 года в Зальцбурге (Австрия) состоится уникальное событие - первый международный научный форум для молодых ученых (International Young Scientist Forum) в рамках 12 международной конференции по нанотоксикологии, а также сама ежегодная конференция. Конференцию посетит команда РФ, отобранная в рамках конкурса National Student Team Contest XIII Всероссийской олимпиады по нанотехнологиям, а также приглашаются к участию все желающие.

Новые гибридные перовскитоподобные материалы для солнечной энергетики
Тарасов Алексей Борисович, Постнаука
Как сохранить энергию солнца или ветра? Как может измениться стационарная энергетика в будущем? В проекте «Мир вещей. Из чего сделано будущее» совместно с Фондом инфраструктурных и образовательных программ (группа РОСНАНО) Постнаука рассказывает о последних открытиях и перспективных достижениях науки о материалах.

Материалы к защитам квалификационных работ бакалавров на ФНМ МГУ в 2019 году
Коллектив авторов
4-7 июня 2019 г. (11-00) в аудитории 221 корпуса Б пройдут защиты ВКР бакалавров ФНМ МГУ.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2019 году
Семенова Анна Александровна
21-24 мая 2019 года в лабораторном корпусе Б пройдут защиты магистерских диссертаций выпускниками ФНМ МГУ.

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.