Структуры, с помощью которых можно управлять свойствами электромагнитных волн, открывают перед учеными большие возможности. Например, в создании принципиально новых устройств – от суперлинзы до самолета-невидимки. В этом деле не обойтись без метаматериалов. В природе таких нет – их можно только изготовить искусственно и наделить нужными свойствами. Как «приручить» электромагнитное излучение и какие потенциальные способы применения метаматериалов существуют в науке, воспитанникам июльской образовательной программы «Большие вызовы» поведал декан физико-технического факультета университета ИТМО Павел Белов.
«На сегодняшней встрече я планирую подробно рассказать школьникам о таких прорывных направлениях исследований в области электромагнетизма, как беспроводная передача энергии и топографическая фотоника, исследование новых возможностей магнитно-резонансной томографии, и, конечно, разработка метаматериалов», – рассказал физик перед лекцией.
Вопрос из зала – о способности метаматериала скрыть от внешнего наблюдателя любой объект. Белов объясняет: по сути, метаматериалы позволяют нам манипулировать светом. Благодаря отрицательному углу преломления лучи огибают объект, делая его невидимым и меняя визуальное восприятие реальности. Однако это вовсе не «прозрачность», а, скорее, научная шутка.
По словам Белова, плащ-невидимка – это оптический камуфляж. Работает это так: цифровая видеокамера фиксирует изображение на экране, компьютер обрабатывает снятое изображение, проектор получает улучшенное изображение и проецирует его на плащ, который, в свою очередь, как экран в кинотеатре, отражает свет непосредственно назад.
Ученый отмечает: настоящая «невидимость» – это состояние, при котором объект не рассеивает и не поглощает падающее электромагнитное излучение в заданном диапазоне частот. Невидимость объекта, строго говоря, есть отсутствие возмущений электромагнитного поля вокруг объекта на достаточном от него расстоянии.
.jpg)
Еще одно ценное свойство метаматериалов – это способность делать магнитно-резонансную томографию более «зоркой». Согласно исследованиям группы ученых из России, Австралии и Нидерландов, разрешающая способность МРТ повышается благодаря специальной подложке ультратонких металлических резонаторов в устройстве сканера. Как оказалось, эти устройства могут усиливать и перераспределять электромагнитное поле в пространстве.
Другое явление, привлекшее внимание школьников – WPT, способ беспроводной передачи энергии. Идея заряжать мобильные телефоны и планшеты без проводов и розеток может быть реализована также при помощи магнитных полей. Эксперимент, которым был озадачен Никола Тесла еще в ХIX веке, был завершен зарубежными физиками и позже доработан российскими. Придуманный в 2007 году метод зарядки, работающий за счет резонансного взаимодействия двух медных катушек, был изменен на диэлектрические керамические резонаторы. Это позволило возбуждать магнитное поле с меньшими потерями энергии, повысить эффективность с 45 на 80 процентов.
По словам Белова, авторами подобных прорывных открытий могут стать и слушатели его лекции – талантливые ребята «Сириуса». Все они, уверен педагог, без труда смогут поступить на физфак ИТМО. Уже сейчас студенты-исследователи университета трудятся над проектами, которые могут перевернуть наше представление о привычных вещах с ног на голову. И нет сомнений, что совсем скоро в числе молодых ученых могут оказаться и сегодняшние участники «Больших вызовов».
