En Osynlighetsmantel Med En På/Av-brytare

De första osynlighetskapporna dök upp för ungefär ett decennium sedan. Sedan dess har teorin bakom dessa enheter och tekniken som används för att implementera dem utvecklats i en hisnande takt.

Vi har tittat på sätt att göra optiska kappor, på självmonterande kappor och till och med undersökt 'illusionskappor' som får en sak att se ut som en annan.

Idag skisserar Darran Milne och Natalia Korolkova vid University of St Andrews i Skottland en annan idé. De här killarna har utarbetat hur man gör en optisk osynlighetsmantel som du kan slå på och av.

Vad som gör detta möjligt är en process som kallas elektromagnetiskt inducerad transparens – ett fenomen där vissa material blir genomskinliga när de zappas av ljus från två noggrant inställda lasrar.

Detta fungerar för material med atomer som kan existera i tre olika elektroniska tillstånd – säg a, b och det högsta, c. Tanken här är att den första laserstrålen absorberas av materialet eftersom den exciterar elektroner från tillstånd a till tillstånd c. Den andra lasern absorberas också eftersom den exciterar elektroner från tillstånd b till tillstånd c.

Om lasrarnas frekvenser ligger nära varandra kan de ställas in på ett sätt som gör att de stör destruktivt. Och när detta händer upphör deras förmåga att excitera elektroner.

När detta händer passerar laserfotonerna plötsligt obehindrat genom materialet, ibland med dramatiskt reducerade hastigheter (vilket är hur experiment som stoppar ljus utförs).

Denna effekt har ett antal tillämpningar. Fysiker använde det nyligen för att skapa elektromagnetiskt inducerade linser där ett materials brytningsindex ändras på ett sätt som fokuserar ljus.

Dessutom har andra fysiker visat hur samma effekt kan användas för att göra ett material negativt brytningsindex.

Denna typ av manipulation av brytningsindex är precis vad som behövs för en osynlighetsmantel eftersom den måste styra ljuset runt ett föremål, vilket ger intrycket att det inte finns där.

Problemet är dock att även om allt detta är möjligt i teorin med elektromagnetiskt inducerad transparens, har de extrema förändringarna i brytningsindex inte varit möjliga i praktiken.

Nu har Milne och Korolkova utarbetat hur de ska göra. Deras knep är att använda atomer som kan existera i fem elektroniska tillstånd snarare än tre. Detta tillåter ytterligare kontroll över brytningsindexet som kallas magneto-elektrisk korskoppling.

Summan av kardemumman är att detta tillåter ett externt magnetfält att modulera förändringen i brytningsindex. Som ett resultat är det möjligt att styra ljuset genom att placera materialet i ett fält som varierar på önskat sätt.

Ett sådant material borde vara enkelt att tillverka genom att dopa en kristall med de nödvändiga atomerna, säger Milne och Korolkova.

Ändå kommer det nya materialet att ha viktiga begränsningar. Till exempel räcker brytningsindexmanipulationen bara för en viss speciell klass av osynlighetsmantel som kallas mattmantel s. Dessa täcker bara ett föremål på en yta men det kan inte täcka ett föremål i ledigt utrymme (åtminstone inte ännu).

Den stora fördelen med denna teknik är att kappor är mycket enklare att göra. Konventionella kappor måste konstrueras i nanoskala på ett sätt som böjer ljuset på det sätt som krävs.

Däremot skulle en elektromagnetiskt inducerad mantel tillverkas som vilket annat dopat material som helst och helt enkelt placeras i ett magnetfält som är format på det sätt som krävs. Detta kan naturligtvis slås på och av med en knapptryckning.

Den mycket enklare tekniken med elektromagnetiskt inducerad transparens kan användas för att uppnå en partiell, mattmaskning vid optiska frekvenser i atomära ångor eller fasta ämnen, säger Milne och Korolkova, som som teoretiker nu måste vänta på att någon ska ha en spricka på att göra en av dessa enheter. En praktisk demonstration skulle vara ytterligare ett intressant framsteg inom cloaking-teknik.

Vi har ännu inte sett kommersiellt gångbara tillämpningar för cloaking, men med denna utvecklingstakt behöver vi inte vänta mycket längre.

Ref: arxiv.org/abs/1206.3944 : Elektromagnetiskt inducerad osynlighetsmantel

Dölj