Прорив в області метаматеріалів може призвести до створення плаща-невидимки, який працює у всьому діапазоні видимого світла
Для того, щоб створити плащ-невидимку в стилі Гаррі Поттера, потрібно використання матеріалів, що володіють унікальним оптичним властивістю - негативним коефіцієнтом заломлення, який зберігається незмінним у всьому діапазоні видимого світла, від червоного до фіолетового кольору. Однак, незважаючи на всі старання вчених, переважна більшість штучних матеріалів, на основі яких мало не щодня створюються нові пристрої приховування, ефективно працюють тільки в одному, часто дуже вузькому діапазоні світла. Але в недалекому майбутньому це перешкода буде пройдено завдяки роботі інженерів-оптиків з Стенфордського університету, які створили новий штучний складний матеріал, метаматеріал, зберігає негативний коефіцієнт заломлення у всьому оптичному діапазоні, іншими словами, для всіх без винятку кольорів веселки.
Перші оптичні метаматеріали і плащі-невидимки на їх основі були створені дослідниками з університету Дюка. Такі пристрої працюють, ломлячи світло особливим чином і змушуючи його огинати приховує об'єкт. Однак, у цій справі є додаткові тонкощі, світло, обогнувший об'єкт і виходить з плаща-невидимки, повинен мати таку ж поляризацію і фазу, як і світло, що проходить повз плаща. Якщо не дотриматися ці умови, то можна буде побачити спотворення світла, згадаймо першу частину фільму "Хижак", з-за цього можна буде сказати, що в тій точці простору знаходиться приховує об'єкт, але не можна буде сказати точно, що це за об'єкт.
Забезпечення від'ємного коефіцієнта заломлення у всьому діапазоні видимого світла вимагає найвищої контролю над структурою метаматеріалу, що визначає його оптичні властивості. У більшості випадків це досягається за рахунок створення на поверхні матеріалу наноструктур і нанорешеток, елементами яких є крихітні електромагнітні пристрої, які взаємодіють з електричної та магнітної складової хвиль світла.
Такої взаємодії практично неможливо домогтися за допомогою будь-яких матеріалів природного походження. З таким завданням можуть справитися тільки метаматеріали, композитні матеріали, що складаються з безлічі інших матеріалів і мають на своїй поверхні наноструктури певної форми. Ці наноструктури, звані "оптичними атомами" досить просто змусити взаємодіяти з магнітною або електричної складової електромагнітних хвиль. Набагато складніше забезпечити взаємодію одного оптичного атома відразу з двома складовими, і змусити працювати все це в широкому діапазоні електромагнітних хвиль є завданням величезної складності.
Саме із-за вищевказаних причин всі створені раніше плащі-невидимки мають досить обмежену ширину пропускання. Наприклад, без особливих зусиль можна створити пристрій приховування, які буде працювати тільки в області яскраво-жовтого кольору, але практичної користі від цього пристрою буде вкрай мало, якщо те, що необхідно приховати не є в'язкою бананів.
Дженніфер Діон (Jennifer Dionne), вчений-матеріалознавець з Стенфордського університету, і її колеги розробили абсолютно новий тип метаматеріалу з гібридною структурою поверхні, який без сумніву можна назвати революційним матеріалом. Гібридна структура поверхні нового матеріалу дозволяє йому ефективно взаємодіяти з двома складовими електромагнітних коливань в надзвичайно широкому діапазоні, що охоплює весь спектр видимого світла. Матеріал був створений за допомогою способу, званого конформним перетворенням, який полягає у "згортання" плоского двомірного метаматеріалу з відомими оптичними властивостями в тривимірний нанорозмірний об'єкт, сформований у вигляді півмісяця, що дозволяє зберегти оригінальні оптичні властивості вихідного матеріалу і надає йому нові унікальні властивості.
Новий метаматеріал в більшому масштабі являє собою упорядковану тривимірну грати, вузли якої складаються з трьох вищеописаних оптичних атомів. Відстані між вузлами решітки і окремими оптичними атомами визначають робочий діапазон цього метаматеріалу і, коли він "налаштований" на середину оптичного діапазону, матеріал демонструє негативний коефіцієнт заломлення в смузі від синього до червоного кольору, залишаючи поза лише вузькі смуги по краях діапазону видимого світла. Дослідники стверджують, що невеликі зміни в структурі метаматеріалу дозволять розширити охватываемую їм смугу, яка буде відповідати або буде ширше діапазону видимого світла.
Широка смуга пропускання нового метаматеріалу дозволяє розраховувати на те, що в недалекому майбутньому матеріали такого класу будуть використані для створення плащів-невидимок, використання яких дозволить ефективно приховувати об'єкти, принаймні, від людського погляду. Крім цього, унікальні властивості метаматеріалу, що дозволяють реалізувати унікальні методи управління світлом, забезпечать появу безлічі технологій, про можливість реалізації яких ніхто раніше не міг і припустити.
Група Стэнфордских вчених опублікувала опис нового метаматеріалу і його унікальних оптичних властивостей в останньому випуску журналу "Advanced Optical Materials".