Создан "волшебный" материал, сочетающий свойства зеркала и прозрачного стекла

Представьте себе, что вы проходите мимо зеркала, наблюдая в нем свое отражение. Но внезапно это отражение исчезает, материал становится абсолютно прозрачным и зеркало превращается в окно. И в этой ситуации нет ничего фантастического или волшебного, материал, позволяющий создать столь необычный эффект, уже существует в реальности. Он, этот материал, за счет уникальной структуры позволяет отфильтровать лучи света, падающие на него строго под определенным углом, и это его свойство можно использовать во многих областях, в частности для проведения съемки очень слабо светящихся или слабоосвещенных объектов.

В подавляющем большинстве случаев фильтрация света осуществляется по частоте волн света, по цвету, или по поляризации колебаний волн света. Яркими примерами этому являются разноцветные стекла, используемые для создания красочных витражей, и стекла поляризационных стереоскопических очков, которые фильтруют различные изображения, предназначенные для правого и левого глаза. Однако, до последнего времени еще никому не удавалось реализовать угловую фильтрацию света, основанную на направлении распространения волн.

Иикэн Шен (Yichen Shen), исследователь из Массачусетского технологического института, и группа его коллег решили проблему фильтрации света по направлению при помощи материала, структура которого состоит из 84 сверхтонких слоев различных материалов, чередующихся со слоями обычного стекла и окиси тантала. Поскольку свет перемещается от одного слоя к другому, он частично отражается от плоскости перехода. Исключением являются лишь волны света, падающие на материал строго под определенными углами. Волны света с любой длиной волны, падающие под углом, который ученые назвали термином угол полной поляризации, пройдут сквозь материал так, будто бы для него не существовало никаких препятствий. И у каждой пары материалов, из которых состоят различные слои метаматериала, имеется свое собственное значение угла полной поляризации, который зависит от коэффициентов преломления каждого материала.

Благодаря использованию 84 слоев ученым удалось добиться практически полного отражения света материалом, за исключением поляризованного света, падающего на поверхность материала под углом полной поляризации. И результат можно увидеть на представленном ниже видеоролике, материал меняет свою прозрачность от зеркальной до полностью прозрачного состояния по мере изменения угла падения лучей света.

К сожалению, новый материал эффективно работает только будучи погруженным в воду. В среде воздуха или другого газа эффективность работы углового фильтра падает из-за разницы значений коэффициентов преломления воздуха и стекла. Но в будущем ученые собираются решить эту проблему, заменив крайние стеклянные слои многослойного материала слоями материала, коэффициент преломления которого сопоставим с коэффициентом преломления воздуха.

Исследователи считают, что у материала, обладающего столь необычными оптическими свойствами, имеется широкий ряд потенциальных областей применения. При его помощи можно будет делать снимки слабоосвещенных объектов, находящихся рядом с яркими объектами, к примеру, снимать темные планеты, располагающиеся рядом с яркими звездами. Для этого достаточно лишь разместить угловой оптический фильтр перед объективом телескопа и подобрать его угол таким образом, что в объектив попадет лишь свет от более темной планеты.

Кроме того, точно такой принцип можно использовать не только в отношении света, но и для электромагнитных волн других диапазонов, к примеру, угловые фильтры можно будет использовать в радарах, что значительно облегчит обнаружение малых объектов, сигналы которых незаметны на фоне крупных объектов или "погружены" в шумы помех.

Источник: Источник