Композиты-невидимки

• Тигран Оганесян

Ведущие научно-популярные журналы мира, Nature и Science, опубликовали две статьи американских физиков из Калифорнийского университета Беркли, добившихся заметных успехов в одном из самых перспективных нанотехнологических сегментов — разработке нового класса искусственно модифицированных материалов, так называемых метаматериалов.

Метаматериалы (греч. meta — «между, после, через»; в переносном смысле — «за пределами») состоят из особых многослойных микроструктур, формирующихся на базе пористой тканевой основы и волоконных композитных субстратов-наполнителей. Эти микроструктуры обладают целым рядом удивительных электромагнитных и оптических свойств, в частности отрицательным коэффициентом преломления. Именно последняя особенность метаматериалов привлекает к ним повышенный интерес широкой общественности, так как в случае создания трехмерных рабочих образцов с отрицательным преломлением в оптическом (видимом) волновом диапазоне наконец появится реальная возможность производить пресловутые костюмы-невидимки и маскировочные покрытия, бывшие еще совсем недавно лишь плодом воображения фантастов и сказочников.

Первый искусственный композитный материал с отрицательным коэффициентом преломления в микроволновом диапазоне был получен в 2000 году, и с тех пор ученые всего мира прилагают усилия, чтобы добиться аналогичного результата с более короткими длинами волн. Принципиальная задача такова: все линейные размеры структурной основы новых метаматериалов должны быть меньше, чем длины соответствующих электромагнитных волн (только в этом случае возможно отрицательное преломление).

Важнейшим достижением группы калифорнийских физиков под руководством Цзян Чжана стало получение первого трехмерного метаматериала, обладающего отрицательным коэффициентом преломления в ближней инфракрасной области спектра (порядка 1500 нм). Этот материал-вафля состоит из кварцевого субстрата-основы и нанесенного поверх него 21 перемежающегося нанослоя изоляционного фторида магния и проводящего серебра, сквозь которые при помощи пучка ионов были проделаны крошечные отверстия. Исследователи добились нужного оптического эффекта, сняв с верхушки этой «вафельной стопки» слой под нужным углом (для придания ей формы призмы).

Во втором эксперименте, главным куратором которого также был изобретательный Цзян Чжан, американским ученым удалось впервые продемонстрировать отрицательные показатели преломления у трехмерного метаматериала уже в красной части видимого спектра, то есть на длинах волн около 660 нм. Только на этот раз исследователи применили более стандартную электрохимическую технологию: основа данного метаобразца изготовлена из оксида алюминия, внутри которого было снова проделано множество дырок, заполненных расплавом серебра. Направив красный световой луч под соответствующим углом на этот образец, ученые зафиксировали у него отрицательное преломление света.

Впрочем, эта победная реляция пока активно оспаривается многими независимыми экспертами, утверждающими, что Цзян Чжан и Ко якобы не добились «подлинной трехмерности» метаматериала номер два, поскольку он реагировал должным образом только на очень узконаправленный (поляризованный) пучок световых волн.

• Нынешний уровень развития биотехнологий показывает, что инновационная нанокерамика может быть недорогой и качественной
• Создание в Омской области научно-исследовательского центра технического углерода и полимеров позволит «омолодить» внедряемые передовые технологии и нивелировать привязанность к разработкам извне
• Нанороботы гуляют по сосудам