Российские ученые сделали шаг к созданию абсолютно невидимых материалов
Международная научная группа, состоящая из специалистов Национального исследовательского технологического университета "МИСиС" (Москва) и Политехнического университета Турина, разработала модель нового так называемого метаматериала, который позволит повысить точность работы наносенсоров в оптике и биомедицине за счет маскировки их от внешнего излучения. Результаты исследования опубликованы в престижном научном журнале Scientific Reports издательского дома Nature.
Разработка модели нового метаматериала, маскирующего наносенсоры, проводится в рамках российско-итальянского проекта ANASTASIA (Advanced Non-radiatingArchitectures Scattering Tenuously And Sustaining Invisible Anapoles), цель которого - смоделировать, а затем и воссоздать такой метаматериал, который бы позволил делать объекты невидимыми на наноуровне во всех волновых диапазонах, отмечается в сообщении пресс-службы МИСиС.
На данный момент учеными в разных странах мира накоплен опыт создания материалов и предметов, прозрачных для очень узкого диапазона излучения и скрывающих объекты только под определенным углом. Задача, которую ставят перед собой участники проекта ANASTASIA, состоит в том, чтобы обобщить опыт создания таких структур и разработать теорию, при помощи которой можно будет смоделировать, а затем и создать метаматериалы, скрывающие объекты под любым углом и в широком диапазоне.
"Скрыть большой объект на самом деле проще, чем маленький", - рассказала аспирантка лаборатории "Сверхпроводящие метаматериалы" МИСиС и главный автор статьи Анар Оспанова, слова которой цитируются в сообщении. Существуют различные техники камуфляжа и стелс-технологий, отметила она. "Но когда мы имеем дело с наноразмерными объектами - например, иглами-сенсорами в биомедицине или физике, ситуация усложняется. Обычно наносенсоры соизмеримы исследуемым объектам, поэтому, попадая в среду, очень сильно на нее влияют - изменяют давление в ней, рассеивают излучение, и становится трудно понять, где характеристики иглы, а где - самого объекта. Мы решили "спрятать" излучение от наносенсоров и таким образом повысить точность их работы", - сказала она.
Основной элемент метаматериала, смоделированного авторами нынешней работы, - так называемая метамолекула, состоящая из четырех цилиндров-диэлектриков из танталата лития радиусом 5 микрон. Образуя своего рода оболочку для наносенсора, диэлектрики взаимодействуют с излучением, и возникает так называемое состояние анаполя - неизлучающего рассеиваетеля, в результате объект становится невидимым для внешнего наблюдателя.
Для расчетов ученые использовали металлический проводник радиусом 2,5 микрона, имитирующий наносенсор и обладающий очень высоким волновым рассеиванием, что позволило провести расчеты для максимально возможного уровня излучения. Моделирование проходило в терагерцовом диапазоне, между инфракрасным и сверхвысокочастотным диапазонами.
По словам руководителя проекта ANASTASIA со стороны МИСиС, доцента Алексея Башарина, у созданного метаматериала есть перспективы применения в биомедицине, например, за счет использования в качестве оболочки совместимого с человеческим организмом хлорида калия.
"Есть ряд случаев, когда нужно сделать так, чтобы объект не взаимодействовал со светом - например, при доставке лекарств на наноуровне. Наша конечная цель - создать метамолекулу, в которой рассеяние от объекта и его оболочки будут встречаться, нейтрализуя друг друга и делая объект невидимым в соответствующем волновом диапазоне", - отметил Башарин.
Следующий этап исследования - экспериментальное создание предложенной структуры в лабораторных условиях - запланирован на осень 2018 года.
