Nanotechnologie přinášejí neviditelnost

12.08. 12:17 | Autor: Ondřej Vrtiška

Neviditelný plášť sice ještě vyrobit neumíme, ale jsme k němu zase o kousek blíž. Vědci z Kalifornské univerzity vyrobili dva materiály, jejichž vlastnosti jako by ani nebyly z tohoto světa. Zázraky se dějí - zatím alespoň v laboratoři.

Předmět může lidskému zraku zmizet, pokud ho světelné záření obteče podobně, jako když voda obtéká kámen. To je možné pouze v případě, že povrch předmětu má negativní index lomu. Tedy vlastnost, která se u žádného přírodního materiálu nevyskytuje.

Ryba plave nad hladinou

Lom světla všichni známe z každodenní zkušenosti. Pokud ponoříte lžičku do sklenice s vodou, vypadá to, jako by se na úrovni hladiny zlomila. Kdyby měla voda negativní index lomu, optická iluze by byla ještě mnohem zajímavější. Viděli bychom, že se lžička od vody "odrazila" a její spodní část ční nad hladinu. Podobně rybu plující v řece bychom viděli, jak plave kousek nad řekou.

Dosud známé materiály bylo možné označit za neviditelné jen s velkou dávkou nadsázky. Buď byly tvořeny jedinou vrstvou atomů, což jejich praktické využití vylučovalo, nebo byly "neviditelné" pouze pro mikrovlny, nikoli pro světlo pozorovatelné lidským okem.

Odborníci z Kalifornské univerzity připravili dva nové trojrozměrné materiály, které zmíněné nedostatky odstraňují, i když ani u nich se bez jisté nadsázky neobejdeme. Vědecké studie popisující jejich přípravu a vlastnosti vyjdou tento týden ve dvou nejprestižnějších vědeckých časopisech světa - v Nature a Science.

Pomohla nanotechnologie

Síť se skládá ze střídajících se vodivých a nevodivých vrstviček. Aby měl materiál negativní index lomu, jeho struktura musí být menší než vlnová délka použitého světla. Není tedy divu, že při jejich výrobě pomáhá nanotechnologie. Tedy výrobní postup umožňující ovlivňovat vlastnosti materiálů v měřítcích nanometrů (miliontin milimetru).

Materiál popsaný v Nature tvoří střídavé vrstvy stříbra a nevodivého fluoridu hořečnatého. Do něj vědci vyřezali mikroskopické (tedy vlastně nanoskopické) otvory.

Snímek z elektronového mikroskopu ukazuje skutečnou podobu nanosítě. Vznikla nesmírně jemná síť, jejíž vlákna mají charakter sendviče - střídají se v nich vodivé a nevodivé vrstvičky. Ty interagují s magnetickým polem dopadajícího světla a dávají materiálu jeho fantastické vlastnosti.

Negativní index lomu má materiál až do 1500 nanometrů. To je výrazně kratší vlnová délka než u starších materiálů, ale stále ještě dvoj- až trojnásobek vlnové délky viditelného světla.

V červeném světle zmizí

Druhý materiál tvoří stříbrná nanovlákna v porézním oxidu hlinitém. Druhý materiál, popsaný v Science, tvoří stříbrná nanovlákna prorůstající porézním oxidem hlinitým. Tato struktura vykazuje negativní index lomu pro červené světlo o vlnové délce 660 nanometrů. Je to tedy první trojrozměrný materiál neviditelný ve světle, které je schopno registrovat i lidské oko. Jenomže další složky viditelného světla (např. fialové) mají vlnové délky ještě kratší. Takže předmět zahalený do tohoto materiálu by byl neviditelný pouze ve světle červené žárovky, nikoli v normálním bílém světle, které se skládá z elektromagnetického záření o rozsahu 400 až 700 nanometrů.

Nejde jen o neviditelnost

Přestože skutečná neviditelnost na makroskopické úrovni je zatím daleko (a kdo ví, zda jí někdy opravdu dosáhneme), nové materiály zdaleka nejsou jen technologickou hříčkou. Mohou být využity například pro výrobu nanoobvodů pro výkonné počítače, pro optické mikroskopy o vyšším rozlišení nebo pro antény, které nebude rušit interference.

Foto: Jie Yao/UC Berkeley, Profimedia

Autor: Ondřej Vrtiška