Cloaking Gerätekonzept bewegt sich jenseits Theorie

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Angewandter Mathematiker Graeme Milton, neue Materialien, träumt entwickelt mathematische Formeln, um sie zu beschreiben und überlässt es den anderen zu konstruieren und zeigen ihre Neuheiten und nutzen in einem Labor.

Während viele seiner theoretischen Überlegungen in gleich-wiederholten Journalen veröffentlicht werden, ist seine Forschungen über eine Superlens mit der Fähigkeit, zu verstecken oder "Mantel" ein Objekt zu ähnlich Tarnvorrichtung porträtiert in Star Trek und Harry Potter begraben in den Annalen der Wissenschaft bleiben.

Das Konzept einer Superlens stammen von Sir John Pendry in 2000 — obwohl Milton und seine Kollegen Nicolae Nicorovici und Ross McPhedran eng verwandte Studien im Jahre 1994 durchgeführt – und das Konzept wurde ausgiebig untersucht. Noch hatte niemand die verbergenden Eigenschaften erkannt, bis sie durch die Forschung von Miltons Team entdeckt wurden.

Das Konzept des Superlens Mantels ist ein langer Weg von einem funktionsfähigen Gerät, aber die Integrität der das mathematische Konzept hat einige Experimentatoren ins Labor zu versuchen, die Theorie in die Realität umsetzen. So weit die Arbeitsgruppen in diesem Bereich sind nicht bereit, die Papiere zu veröffentlichen, aber sie haben genug, um immer wieder versuchen erreicht.

"Gehts auf Weg aus dem Star Trek-Gerät, aber einige der bisherigen experimentellen Ergebnisse sind überraschend und spannend," bemerkte Milton.

Milton verfolgt seine Forschungen an der University of Utah, wo die Mathematik-Abteilung einige der besten Wissenschaftler in der Nation hat für das Studium der Mathematik von neuen Materialien.

Während Kollegen Milton zu "den besten der Welt" mit der Mathematik Materialien halten, war er nicht immer so hoch bewertet. In der Tat kam Milton, in Sydney, Australien, geboren in der Nähe von seinem zweiten Jahr an der Sydney University scheitern, weil er so viel Zeit mit dem Lesen über fortgeschrittene Themen wie Quantenmechanik und allgemeiner Relativitätstheorie er versäumt verbrachte, seine regelmäßig am Unterricht teilnehmen, und schließlich verließ die Schule im Jahr per Anhalter durch Neuseeland zu verbringen.

Später kehrte er an die Universität zu Schnalle und seinen Bachelor- und Master-Abschlüsse in Physik, gefolgt von einer Promotion in Physik an der Cornell University zu verdienen. Seine Liebe zur Natur führte ihn, den Job in Utah zu akzeptieren – er hat einige seiner besten denken beim Skifahren, Mountainbiken, Schwimmen und Radfahren Straße.

Die Superlens theoretisiert von Milton und Nicorovici Umhänge ein nahe gelegenes Objekt mit Licht auf ungewöhnliche Weise zu Verhalten. Statt mit einem positiven Brechungsindex, der Licht in der gleichen Weise zu biegen, wie es beim Übergang von Luft in einem Medium wie Glas oder Wasser macht, hat die Superlens einen negativen Brechungsindex, der im Wesentlichen bewirkt, Licht dass, umzukehren und zurück zu reisen. Wenn ein Objekt neben der Superlens platziert wird, wird das Licht reflektiert wird das Objekt durch das Licht reflektiert die Superlens, wodurch das Objekt unsichtbar abgebrochen. Milton sagte, dass das Phänomen, die Theorie von Milton und Nicorovici und bestätigt durch Computer, etwas analog zu den Lärm Kündigung Kopfhörer, die Passagiere in Flugzeugen zu tragen.

"An dieser Stelle Experimente gelten würde erfolgreich wenn sie arbeitete mit einer einzigen Frequenz des Lichts und ein paar Staubkörnchen gehüllt, und das Objekt verdeckt viel kleiner als die Superlens müsste", sagte Milton. Trotz der Herausforderung arbeitet eine Gruppe von Wissenschaftlern um den Kaufnachweis Prinzip zu demonstrieren. "sie haben gemacht einige Fortschritte, aber sie möchten etwas mehr Arbeit zu tun, bevor sie ihre Ergebnisse in ein Papier zu bringen," fügte er hinzu.

Frühe Einsatzmöglichkeiten für eine Tarnvorrichtung sind vielfältig. Während stealth militärische Geräte eine naheliegende Option sind, ist ein Ansatz in der Medizin, wo das Konzept bestimmte elektronische Instrumente trotz der Anwesenheit von starken elektromagnetischen Feldern, wie Sie produziert von Krankenhaus-Gehirn-Scanner erlauben würde. Milton und andere Forscher haben auch verwandte Arbeiten durchgeführt, die in der Lage, die Führung der elastischen Schockwellen von Erdbeben auf Gebäude erweisen könnten.

Praktische Anwendungen sind Spaß, darüber zu spekulieren, können Mathematiker die neue Mathematik präsentiert das Konzept ebenso zu schätzen wissen.

"Die Ergebnisse führen zu einem besseren Verständnis der partiellen Differentialgleichungen, die zu einem besseren Verständnis der Ausbreitung von Schall, Licht, Flüssigkeit und Turbulenzen führen wird," sagte Milton. Die neue Mathematik hilft auch Wissenschaftler besser zu verstehen, das neue Gebiet der Metamaterialien – eine Familie von neuen Materialien mit Eigenschaften, die nicht in natürlich vorkommenden Materialien. "Bestehende Gesetze nicht ausreichend Materialien mit exotischen Mikrostrukturen, die mit einigen Metamaterialien sind, beschreiben."

Entwicklung neue Materialien ist wie Milton und seine Kollegen auf die Superlens an erster Stelle kam. Ein metamaterial Eigenschaften werden durch eine interne Struktur nicht durch seine Zusammensetzung diktiert. Seine Arbeit erfordert ihn zu entdecken oder neue geometrische Strukturen zu entwerfen und entwickeln mathematische Formeln, um ihre Eigenschaften zu beweisen. Er arbeitete in seiner Heimat Australien auf einem Verbundwerkstoff bestehend aus Arrays von beschichteten Zylindern als er merkte, dass die Zylinder Licht auf unkonventionelle Weise konzentrieren konnte. Diese Entdeckung führte schließlich zu seinem mathematischen Modell für den Superlens Mantel.

• Video: Cloaking Konzept bewegt sich jenseits Theorie
• Video: Licht geht rückwärts
• Video: Einfrieren Licht

Anmerkung der Redaktion: Dieser Forschung wurde unterstützt durch die nationalen
Science Foundation (NSF), der Bundesagentur für grundlegende Finanzierung angeklagt
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