H επιστήμη του Αοράτου

2Μια από τις αγαπημένες σκηνές των παιδιών στη γνωστή ταινία Χάρυ Πότερ, είναι αυτή κατά την οποία ο νεαρός ήρωας φοράει την μαγική κάπα που τον κάνει αόρατο και αρχίζει να εξερευνά τα μυστικά δωμάτια του σχολείου μαγείας «Χόγκουαρτς». Παραμύθια θα πείτε και θα έχετε δίκιο, όμως η κατασκευή μιας κάπας που θα κάνει αόρατο όποιον την φορέσει, ίσως να μην είναι και πολύ μακριά. Την περασμένη βδομάδα, δυο δημοσιεύματα σε επιστημονικά περιοδικά ανακοίνωναν την δημιουργία στο εργαστήριο δυο τεχνητών υλικών τα οποία μπορούν να καμπυλώνουν το φώς γύρω τους, εκτρέποντας το σε διαφορετικές από την αρχική διευθύνσεις και καθιστώντας έτσι τα αντικείμενα πίσω τους αόρατα. Και οι δυο ομάδες εργάζονται στο Πανεπιστήμιο Μπέρκλει της Καλιφόρνια και ανακοίνωσαν ταυτόχρονα τα αποτελέσματα των ερευνών τους στα περιοδικά Science και Nature.

Η πρώτη μελέτη αφορά στην κατασκευή ενός νανουλικού του οποίου η εσωτερική δομή θυμίζει μεταλλικό δίχτυ το οποίο έχει την ιδιότητα να αντιστρέφει τη διεύθυνση του φωτός, ενώ η άλλη χρησιμοποιεί μικροσκοπικές μεταλλικές ράβδους για να πετύχει την καμπύλωση. Και τα δυο υλικά διαθέτουν ιδιότητες που δεν συναντώνται στη φύση, όπως για παράδειγμα αρνητική διάθλαση του φωτός. Ενα καλό παράδειγμα για να καταλάβουμε τι σημαίνει αυτό είναι πως αν διαθλούταν αρνητικά το φώς πάνω στο νερό, τότε θα μπορούσε κανείς να βλέπει ένα ψάρι που κολυμπάει μέσα σε αυτό σαν να βρίσκεται πάνω από αυτό. Επιτυγχάνοντας την καμπύλωση του φωτός το εν λόγω υλικό καθίσταται αόρατο αφού το ανακλώμενο φως στα αντικείμενα πίσω του φτάνει, καμπυλώμενο, στα μάτια του παρατηρητή.

«Αυτό που κατάφερε να φτιάξει η ομάδα του Μπέρκλει είναι πολλά διαφορετικά στρώματα αυτής της αρχιτεκτονικής που χρησιμοποιούμε σε νανοκλίμακα για την κατασκευή των μετα-υλικών και μοιάζει με μεταλλικό δίχτυ» εξηγεί ο Κώστας Σουκούλης ερευνητής του Ινστιτούτου Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ του ΙΤΕ στην Κρήτη, ο οποίος βραβεύτηκε το 2005 με το Ευρωπαικό βραβείο Ντεκάρτ για την κατασκευή τέτοιων υλικών. «Στο Μπέρκλει κατάφεραν να φτιάξουν 10 στρώματα αυτού του μεταυλικού (fishnet) ενώ εμείς είχαμε φτιάξει μόνο δυο. Μέτρησαν ακόμα το δείκτη διάθλασης και τον βρήκαν αρνητικό, ενώ όλες οι προηγούμενες ομάδες δεν το είχαμε πετύχει με τον ίδιο τρόπο. Για πρώτη φορά σε μήκος κύματος 1,7 μικρομέτρα (που δεν είναι οπτικό), απέδειξαν ότι υπάρχει αρνητικός δείκτης διάθλασης. Πρόκειται για μεγάλη πρόοδο, όμως είμαστε ακόμα μακριά από τα αόρατα υλικά».

Για να διαθέτει ένα μετα-υλικό αρνητικό δείκτη διάθλασης του φωτός, πρέπει να διαθέτει μια διάταξη δομής μικρότερη από το μήκος κύματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που χρησιμοποιεί. Το 2006 επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Duke το πέτυχαν χρησιμοποιώντας μικροκυματική ακτινοβολία. Τα μεταυλικά αυτά λειτουργούν σαν κεραίες που αλληλεπιδρούν με το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο του εισερχόμενου φωτός του οποίου την πορεία τροποποιούν.Στη συχνότητα του ορατού φωτός όμως τα πράγματα είναι πολύ πιο δύσκολα. Το ορατό φως αποτελείται από πολλά διαφορετικά μήκη κύματος, τα οποία είναι πολύ μικρότερα από το μήκος κύματος των μικροκυμάτων. Το μεταυλικό αυτό θα έπρεπε να αλληλεπιδράσει με όλα τα μήκη κύματος, ή τα χρώματα, την ίδια στιγμή, κάτι που δεν μπορεί να συμβεί με την υπάρχουσα τεχνολογία.

«Ο περιορισμός του υλικού είναι ότι δείχνει διάθλαση μόνο σε μια διεύθυνση. Χρειάζεσαι όμως τρισδιάστατα υλικά για να κάνεις κάτι πραγματικά αόρατο και από εκεί είμαστε μακριά» εξηγει ο Κώστας Σουκούλης. «Είναι σαν να έχεις ένα βράχο μέσα στο ποτάμι και το νερό πέφτει γύρω του και αν είσαι λίγο πιο εκεί δεν βλέπεις ότι το κύμα διαθλάται. Νομίζεις ότι είναι επίπεδο. Η δυσκολία στα οπτικά μήκη κύματος είναι οτι δεν μπορείς να καλύψεις όλες τις πλευρές» λέει ο Κώστας Σουκούλης.

Το βασικό πρόβλημα των μετα-υλικών είναι οι απώλειες τους. Το μέταλλο απορροφά μεν το 90 ή το 99% της ενέργειας που πέφτει σε αυτό, όμως αυτό που περισσεύει είναι τόσο σημαντικό, ώστε να μην έχουμε το φαινόμενο της αορατότητας. Η ομάδα του Κώστα Σουκούλη προσπαθεί να εγγράψει μια εσωτερική δομή με λέιζερ σε ένα πολυμερές υλικό την οποία θα επικαλύψει στη συνέχεια με μέταλλο ώστε να δημιουργήσει τρισδιάστατα υλικά τα οποία θα εξαφανίζονται μέσα στο φώς. «Νομίζω ότι σε πέντε χρόνια μπορούμε να το πετύχουμε» λέει ο ίδιος.

Οι δυνατότητες των μεταυλικών δεν φαίνεται να έχουν τέλος, αφού η τεχνολογία τους αναμένεται να είναι εφαρμόσιμη σε όλα τα είδη ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, μεταξύ αυτών και στον ήχο. «Τα μετά-υλικά θα είναι χρήσιμα σε πρώτη φάση κατασκευή κεραιών για κάθε χρήση. Μπορείς να μικρύνεις διάφορες συσκευές, όμως το βασικό στοιχείο είναι πολύ καλύτερες δομές σε τσιπάκια που θα είναι πιο ελαφριά αφού χρησιμοποιείς μέταλλο και πλαστικό κοκ» λέει ο ίδιος. Ο πρώτος στόχος των επιστημόνων είναι να φτιάξουν οπτικά μικροσκόπια που θα μπορούσαν να διακρίνουν βιολογικές δομές όπως ιούς. Ομως η απώτερη σκέψη όλων βρίσκεται στην κατασκευή ενός μανδύα ο οποίος θα μπορεί να κρύψει οτιδήποτε, όπως για παράδειγμα ένα στρατιωτικό αεροπλάνο.

Advertisements
  1. Η επιστημονική φαντασία έχει βρει και όνομα εδώ και χρόνια για τη συγκεκριμένη τεχνολογία: chameleoflage (απ’ τη σειρά Revelation Space του Alastair Reynolds)

  1. No trackbacks yet.

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

Αρέσει σε %d bloggers: