Từ hữu hình đến vô hình Phần 2

Sự tàng hình nay đã là hiện thực. Nhưng các nhà khoa học chưa hài lòng và vẫn đi tìm món chén thánh: một cái áo tàng hình che giấu những vật thể vĩ mô nhìn từ mọi góc độ bằng ánh sáng nhìn thấy không phân cực.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Từ hữu hình đến vô hình Phần 2 Từ hữu hình đến vô hình - Phần 2 Sự tàng hình nay đã là hiện thực. Nhưng các nhà khoa học chưa hài lòng vàvẫn đi tìm món chén thánh: một cái áo tàng hình che giấu những vật thể vĩ mô nhìntừ mọi góc độ bằng ánh sáng nhìn thấy không phân cực. Wenshan Cai và VladimirShalaev trình bày con đường phía trước trong cuộc truy tìm này. Vấn đề nan giải thứ ba Kể từ khi chiếc áo tàng hình đầu tiên ở tần số vi sóng được David Schurig vàcác đồng nghiệp tại trường Đại học Duke công bố, những nỗ lực thật sự dồn vàoviệc đẩy lùi dải hoạt động của áo tàng hình vào phần nhìn thấy của phổ điện từ.Việc này không dễ dàng vì cơ sở quang học biến đổi tọa độ xác định rằng cần có batính chất vật liệu đặc biệt cho một cái áo tàng hình hoàn chỉnh, và những tính chấtnày khó mà đạt được; thật ra, người ta dễ chế tạo một dụng cụ có những tính chấtngược lại hơn. Thứ nhất, chất liệu tạo nên áo tàng hình phải có tính dị hướng,nghĩa là môi trường tác dụng khác nhau theo những hướng khác nhau. Thứ hai, nóphải không đồng nhất, tức là các thông số vật liệu cần phải biến đổi theo khônggian, mặc dù có một số ngoại lệ đối với quy tắc này. Thứ hai, chất liệu đó phải cóhoạt động từ tính, nghĩa là nó có thể phản ứng trực tiếp với thành phần từ trườngcủa ánh sáng. Đặc điểm cuối này cực kì khó thu được ở tần số quang học, huống hồcòn phải đạt tới sự điều khiển tinh vi tại mọi điểm và mọi hướng. Mặc dù chiếc áo tàng hình vi sóng đầu tiên là một kiệt tác khắc phục mộtcách tao nhã cả ba trở ngại này, nhưng việc giảm cỡ thiết kế của nó cho nhữngbước sóng quang học là không khả thi mấy do những khó khăn trong chế tạo lẫnnhững ràng buộc về chất liệu. Tuy nhiên, vào năm 2007, chúng tôi đã tính đượcrằng một trong những trở ngại trên – yêu cầu chất liệu phải hoạt động từ tính – làcó thể khắc phục nếu như lộ trình của ánh sáng không bị biến dạng không giantheo hướng từ trường của nó. Hơn nữa, tấm thảm tàng hình mà Jensen Li và JohnPendry tại trường Imperial College London đề xuất vào năm 2008 gợi ý rằng mốiquan ngại về tính dị hướng cũng có thể giảm nhẹ thật sự bằng cách sử dụng một kĩthuật biến đổi tọa độ gọi là “lập bản đồ hình thể”, như Ulf Leonhardt ở trường Đạihọc St Andrews đề xuất vào năm 2006, buộc góc 90o giữa những đường lưới ảotrong không gian được bảo toàn trong phép biến đổi tọa độ. Giờ chúng ta phải vượt qua chỉ một trở ngại còn lại nữa thôi: yêu cầu về tínhkhông đồng nhất, cái có vẻ ít đòi hỏi khắt khe nhất. Nguyên mẫu thiết kế của thảmtàng hình xác định một sự phân bố đặc biệt của chiết suất (hình 1b). Cái cần thiếtphải làm thực nghiệm là xây dựng một cấu trúc có chiết suất phụ thuộc tọa độ nhưthế này. Mặc dù những môi trường quang thông dụng nhất là những khối vật liệucó giá trị chiết suất rõ ràng nhưng chúng ta có thể chuyển sang lĩnh vực mới có tênlà siêu chất liệu, trong đó việc tạo ra một môi trường nhân tạo có chiết suất biếnthiên theo không gian là một nhiệm vụ trọng tâm. Công việc này đòi hỏi thiết kế vàtích hợp những phần nhỏ của chất liệu, hay các lỗ trống, có chiết suất khác vớichiết suất của chất liệu nền. Sự phân bố của những “nguy ên tử” nhân tạo này,chúng phải nhỏ hơn nhiều so với bước sóng đang xét, làm thay đổi chiết suất cụcbộ của cấu trúc. Một trong những nguyên mẫu đầu tiên của thảm tàng hình ở tần số quanghọc đã được chứng minh bởi nhóm của Xiang Zhang tại trường Đại học California,Berkeley, tại đó một đặc trưng chiết suất giống như trong hình 1b đã được ngườita thu được bằng cách tạo ra những khoảng trống cỡ nano bên trong một miếngsilicon cỡ micro (hình 2a). Người ta dùng một chùm ion hội tụ để khoan nhữngkhoảng trống hình trụ, kích cỡ và khoảng cách của chúng thật sự nhỏ hơn bướcsóng hoạt động vào khoảng 1,5mm, sao cho phản ứng quang học được xác định bởisự phân bố của chiết suất tác dụng, chứ không phải sự nhiễu xạ hoặc giao thoathường thấy ở những tinh thể quang lượng tử. Những minh chứng tương tự đã được báo cáo bởi các nhóm tại trường Đạihọc Cornell và Colorado, và tại Viện Công nghệ Georgia. Đáng chú ý hơn, một tấmthảm 3D hoạt động trong vùng hồng ngoại gần đã được báo cáo bởi một nhómđứng đầu là Martin Wegener tại Viện Công nghệ Karlsruhe, Đức (hình 2b). Dụng cụpolymer này làm cho một chỗ nhô lên trên một bề mặt kim loại trông như phẳng,và sau đó làm cho những thứ giấu bên trong chỗ nhô lên đó trở nên vô hình đối vớinhà quan sát bên ngoài ngay cả khi được chiếu sáng với ánh sáng chưa phân cực.Tất cả những dụng cụ này hoạt động trong một ngưỡng rộng hợp lí của bước sóngdo sự tán sắc, cái xác định mức độ nhạy của những tính chất vật liệu với tần số ánhsáng, không phải là mối quan ngại lớn khi toàn bộ cấu trúc được chế tạo từ nhữngthành phần điện môi, trong đó sự tán sắc luôn rất yếu. Hình 2. Thảm tàng hình cho vùng hồng ngoại gần. (a) Một tấm thảm tàng hìnhtoàn điện môi đối với các sóng mang ...