Werden Tarnkappen sind um die Ecke versteckt?


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

Im Jahre 1897 erstellt h.g. Wells einen fiktive Wissenschaftler, der wurde durch eine Änderung seines Brechungsindex der Luft, damit sein Körper nicht absorbieren oder reflektieren das Licht unsichtbar. Harry Potter vor kurzem verschwunden nach wickelte sich in einen Mantel aus die Felle der magischen Pflanzenfresser gesponnen aus dem Blickfeld.

Unzählige andere fiktive Charaktere in Büchern und Filmen im Laufe der Geschichte haben entdeckt oder entwickelt Möglichkeiten, nicht mehr sichtbar, ein Thema, das seit langem ein fester Bestandteil des Science-Fiction und eine Quelle der unendlichen Faszination für den Menschen. Wer von uns hat nie die Möglichkeiten vorstellen? Aber es ist natürlich nicht echt.

Oder ist es?

Während niemand noch die Kraft auf ein Kleidungsstück und verschwinden hat, Elena Semouchkina, ein außerordentlicher Professor für elektrische und Computertechnik an der Michigan Technological University, hat Möglichkeiten zur Verwendung von Magnet-Resonanz zum Strahlen des sichtbaren Lichts zu erfassen und weiterleiten sie um Objekte, wodurch diese Objekte unsichtbar für das menschliche Auge gefunden. Ihre Arbeit basiert auf der Umwandlung Optik Ansätze, entwickelt und angewendet zur Lösung der Probleme der Unsichtbarkeit von britischen Wissenschaftlern, John B. Pendry und Ulf Leonhardt im Jahr 2006.

"Stell dir vor, dass man das Objekt, die vor einer Lichtquelle platziert ist," erklärt sie.

"Das Objekt wäre für das Auge unsichtbar wenn die Lichtstrahlen, um das Objekt herum gesendet werden um Streuung zu vermeiden und diese geschwungenen Pfaden beschleunigt zu erreichen Ihr Auge ununterscheidbar von direkten geraden Balken die Quelle verlassen, wenn das Objekt nicht vorhanden ist."

Am einfachsten, die Balken des Lichtstroms rund um das Objekt und dann treffen wieder auf der anderen Seite, so dass jemanden direkt am Objekt nicht in der Lage, es zu sehen wäre – aber nur, was auf der anderen Seite ist.

"Sie würde die Lichtquelle direkt über das Objekt sehen", sagte Semouchkina. "Dieser Effekt konnte erreicht werden, wenn wir das Objekt umgeben durch eine Schale mit einer bestimmten Verteilung der materiellen Parameter wie Permittivität und Durchlässigkeit."

Sie und ihre Mitarbeiter an der Pennsylvania State University, wo sie auch ein außerordentlicher Professor ist, entwickelt eine nichtmetallische "Tarnkappe", die konzentrische Anordnungen von identischen Glas Resonatoren verwendet Chalkogenid Glas, eine Art von dielektrischen Material gemacht – das ist eine, die nicht Strom leiten.

In Computersimulationen, die Umhang aus Objekten von Infrarot-Wellen getroffen – ungefähr 1 Mikron oder ein Millionstel eines Meters lang — verschwinden aus dem Blickfeld.

Die praktischen Anwendungsmöglichkeiten des Werkes könnte dramatisch, z.B. beim Militär, wie z. B. "making Objekte unsichtbar für Radar," sagte sie, ebenso wie in nachrichtendienstliche Operationen ", Personen oder Gegenstände zu verbergen."

Darüber hinaus sagte "Abschirmung Objekte aus elektromagnetischer Bestrahlung auch sehr wichtig ist," sie, fügte hinzu, "sicher, die Gaming-Branche könnte es in neue Arten von Spielzeug verwenden."

Multi-Resonator Strukturen bestehend aus Semouchkinas Tarnkappe gehören zu "Metamaterialien" — künstliche Materialien mit Eigenschaften, die nicht in der Natur existieren – da sie das Licht durch ungewöhnliche Wege brechen können. Vor allem beschleunigen die "Speichen" des kleinen Glas Resonatoren Lichtwellen um das Objekt unsichtbar zu machen.

Bis vor kurzem sagte gab es keine Materialien mit die relative Permeabilität Werte zwischen 0 und 1, die notwendig für die Tarnkappe zu biegen und zu beschleunigen Lichtstrahlen sind, sie. Jedoch sagte Metamaterialien, die vor mehr als 40 Jahren von dem russischen Wissenschaftler Victor Veselago vorhergesagt, und zuerst von Pendry vom Imperial College, London in Zusammenarbeit mit David R. Smith von der Duke University im Jahr 2000 umgesetzt wurden, jetzt es möglich machen, sie.

Metamaterialien verwenden Gitter von Resonatoren, anstelle von Atomen oder Molekülen aus natürlichen Materialien und sorgen für ein breites Spektrum der Dielektrizitätszahl und Durchlässigkeit einschließlich null und negative Werte in der Nähe der Resonanzfrequenz, sagte sie. Metamaterialien wurden von der American Physical Society als einer der Top drei Physik-Entdeckungen des Jahrzehnts aufgelistet.

"Metamaterialien zunächst wurden von metallischen Schlüsselring Resonatoren und Draht-Arrays, die ihre Isotropie (Einheitlichkeit in alle Richtungen) und Frequenzbereich begrenzt", sagte Semouchkina. "Je nach der Größe der Split-Ring Resonatoren, könnten sie grundsätzlich bei Mikrowellen und Millimeterwellen arbeiten."

Im Jahr 2004 vorgeschlagen ihre Forschungsgruppe Metall Resonatoren mit dielektrische Resonatoren zu ersetzen. "Obwohl es seltsam zu magnetische Eigenschaften von einem Metamateral mit Dielektrika Steuern schien, wir haben gezeigt, dass Arrays dielektrische Resonatoren für negative Brechung und andere einzigartige Eigenschaften von Metamaterialien bieten können", sagte sie. "Dämpfungsarm dielektrische Resonatoren versprechen, Anwendungen von Metamaterialien auf der optische Bereich zu erweitern, und wir haben diese Gelegenheit gezeigt, durch die Gestaltung einer Infrarot-Mantels."

Semouchkina und Kollegen berichtete vor kurzem über ihre Forschungsergebnisse in der Fachzeitschrift Applied Physics Letters, veröffentlicht von der American Institute of Physics. Ihre Co-Autoren waren Douglas Werner und Carlo Pantano von Penn State und George Semouchkin, wer an der Michigan Tech unterrichtet und hat eine außerordentliche Position mit Penn State.

Der National Science Foundation finanziert ihre Forschung auf dielektrischen Metamaterialien und ihre Anwendungen mit einem Preis von $318.520, aber sie plant, eine zusätzliche, spezifische Studien in Unsichtbarkeit Mantel Strukturen beantragen.

Semouchkina, der ihre M.S.-Abschluss in Elektrotechnik und promovierte in Physik und Mathematik an der staatlichen Universität Tomsk in ihrer Heimat Russland erhielt, lebt seit 13 Jahren in den Vereinigten Staaten und ist seit 2005 ein US-Bürger. Sie promovierte auch zweite Materialien im Jahr 2001 von Penn State.

Sie und ihr Team nun testen eine All-Dielektrikum Tarnkappe skaliert zur Arbeit bei Mikrowellenfrequenzen, Durchführung von Experimenten in Michigan Tech schalltoten Raum, einem höhlenartigen Fach in eine elektrische Energie Ressourcen Center Lab, gesäumt von hochabsorbierenden Anthrazit Schaumstoff Kegel.

Dort, "Horn" Antennen senden und empfangen von Mikrowellen mit Wellenlängen bis zu mehreren Zentimetern, das heißt, mehr als 10.000-Mal länger als im Infrarotbereich. Sie Metall-Zylinder zwei bis drei Zoll im Durchmesser und drei bis vier Zoll hoch mit einer Hülle bestehend aus keramischen Resonatoren mm Größe cloaking sind, sagte sie.

"Wir wollen Experimente zu höheren Frequenzen und kleineren Wellenlängen zu bewegen," sagte sie und fügte hinzu: "die spannendsten Anwendungen werden die Frequenzen des sichtbaren Lichts."

Anmerkung der Redaktion: Diese Forschung wurde unterstützt durch die National Science Foundation (NSF), die Bundesagentur für angeklagt Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik. Meinungen, Erkenntnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen ausgedrückt in diesem Material sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten von der National Science Foundation. Sehen den Blick hinter die Kulissen Archiv.

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