Khoa học tự nhiên

Các nhà vật lý làm các vật thể vô hình không dùng siêu vật liệu (12/06/2015)

Một nhóm các nhà vật lý có thể làm cho các vật thể hình trụ đồng nhất hoàn toàn trở nên vô hình trong vùng vi sóng mà không cần đến các lớp phủ siêu vật liệu. Phương pháp này dựa trên một kiến thức về tán xạ sóng điện từ.

Các nhà khoa học đã nghiên cứu sự tán xạ ánh sáng từ một bình trụ thủy tinh chứa đầy nước. Về bản chất, một thí nghiệm như vậy là sự tương tự hai chiều của một vấn đề cổ điển về tán xạ từ một quả cầu đồng nhất (tán xạ Mie), giải pháp đã được biết đến từ gần một thế kỷ nay. Tuy nhiên, vấn đề cổ điển này chứa đựng các tính chất vật lý khác thường tự thể hiện liên quan đến vật liệu có chỉ số khúc xạ cao. Trong nghiên cứu, các nhà khoa học sử dụng nước bình thường có chỉ số khúc xạ có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi nhiệt độ.

Họ thấy rằng chỉ số khúc xạ cao liên quan đến hai cơ chế tán xạ: tán xạ cộng hưởng, liên quan đến vị trí của ánh sáng bên trong bình trụ, và không cộng hưởng, đặc trưng bởi sự lệ thuộc vào tần số sóng. Sự tương tác giữa các cơ chế này được gọi là cộng hưởng Fano. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng ở những tần số nhất định các sóng tán xạ thông qua các cơ chế cộng hưởng và không cộng hưởng có các pha đối nghịch và tiêu diệt lẫn nhau, do đó làm cho các vật thể trở nên vô hình.

Công trình này đã dẫn đến quan sát thực nghiệm đầu tiên đối với vật thể đồng nhất vô hình bằng các phương tiện tiêu hủy tán xạ. Quan trọng hơn, các kỹ thuật phát triển đã làm cho nó có thể chuyển đổi từ hữu hình sang các chế độ tàng hình ở cùng một tần số 1,9 GHz bằng cách thay đổi nhiệt độ của nước trong bình từ 90°C xuống 50°C.

"Các tính toán lý thuyết của chúng tôi đã được kiểm tra thành công trong các thí nghiệm vi sóng. Các vật trở nên vô hình trong nghiên cứu của chúng tôi có thể được áp dụng cho những dải sóng điện từ khác, bao gồm phạm vi khả kiến (có thể nhìn thấy). Các vật liệu có chỉ số khúc xạ tương ứng hoặc đã được biết từ lâu hoặc có thể được phát triển theo ý muốn", Mikhail Rybin, tác giả đầu tiên của bài báo và nghiên cứu cao cấp tại Phòng thí nghiệm siêu vật liệu tại Đại học ITMO, nói.

Sự khám phá ra hiện tượng tàng hình ở vật thể đồng nhất và không cần phủ các lớp bổ sung cũng cố ý nghĩa quan trọng từ quan điểm kỹ thuật. Do rất dễ chế tạo một hình trụ đồng nhất, nên khám phá này có thể thúc đẩy phát triển nano anten, trong đó các  thành phần vô hình có thể giúp làm giảm sự nhiễu loạn. Ví dụ, các thanh vô hình có thể được dùng để đỡ cho một tập hợp anten thu nhỏ kết nối hai chip quang học.

Chủ đề vô hình đã trở nên nổi tiếng với sự phát triển của siêu vật liệu - cấu trúc nhân tạo được thiết kế với các đặc tính quang học không tồn tại trong tự nhiên. Siêu vật liệu có khả năng thay đổi hướng ánh sáng theo những cách kỳ lạ, bao gồm cả làm cong ánh sáng xung quanh một vật thể. Tuy nhiên, các lớp phủ dựa trên siêu vật liệu vô cùng khó chế tạo và không tương thích với nhiều ý tưởng vô hình khác. Phương pháp được nhóm các nhà vật lý này phát triển dựa trên những hiểu biết mới về quá trình tán xạ sẽ đơn giản hơn và hiệu quả về chi phí.

Nguồn: vista.vn (Theo Scitechdaily)