Кольца и резонаторы: Металинзы
Различные современные линзы способны фокусировать не только видимые лучи, но и инфракрасные, и микроволновые — и область их применения давно вышла за пределы телескопов, микроскопов и очков. Но для достаточно сложных систем, состоящих из нескольких линз, требуется точный контроль над их взаимным положением и перемещением. И, конечно, для многих частот излучения они попросту не работают. Это относится, в частности, к терагерцовому (субмиллиметровому) диапазону волн, в спектре электромагнитного излучения расположенному между ИК-лучами и микроволнами.
Однако именно эти терагерцовые волны (ТВ) обладают некоторыми весьма полезными свойствами. Прежде всего интересна их способность проникать сквозь материалы, непроницаемые для видимого и ИК-света. О некоторых возможностях применения этой способности мы писали в заметке «Вместо "красной пленки"».
Чтобы мы могли пользоваться этими волнами так же легко, как и видимым светом, преломляя и фокусируя их по желанию, обычные материалы не помогут. Так что в новой своей работе физики из группы американского профессора Ричарда Эверитта (Richard Averitt) воспользовались для этой цели метаматериалом — композитным материалом, свойства которого определяет не столько его состав, сколько микроскопическая структура.
Они создали небольшие — около 100 мкм в диаметре — кольца из золота и выложили их упорядоченными стопками на подложке из нитрида кремния. В каждом из колец имелись небольшие разрезы, превращающие его в так называемый кольцевой резонатор, взаимодействие которого с лучом зависит от угла его падения. При одних углах резонатор усиливает магнитную составляющую электромагнитной волны, при других — электрическую. К слову, такова же и глубинная основа преломления света обычной линзой — но, в отличие от метаматериала эти свойства линзы определяются атомами, из которых она состоит, а не микроскопическими структурными объектами (в данном случае — золотыми кольцевыми резонаторами).
Атомами манипулировать крайне сложно, а вот структурными элементами довольно легко, и, манипулируя ими, можно менять способности метаматериала преломлять свет — в том числе и, расположив определенным образом, «научить» его преломлять терагерцовые волны.
Именно этого и добились ученые, но достижение их куда шире. По сути, они получили «настраиваемый» метаматериал, оптические свойства которого можно контролировать и задавать предсказуемым образом. Разумеется, технология требует еще большой работы. Но «идеальная» линза из метаматериала, по мнению авторов работы, будет обладать способностью по команде менять все свои важные свойства.
Регулируя расстояние между золотыми кольцами и углы ориентации резонаторов, можно добиваться от нее способности преломлять излучение различных длин волн, или отражать их, или просто изгибать в нужную сторону. А там — недалеко уже и до долгожданного плаща-невидимки, тем более что теоретики уже рассчитали необходимые свойства, которыми должен обладать метаматериал для этого волшебного «девайса» — читайте нашу статью «Теоретически, не вижу».
По пресс-релизу CLEO 2010 и публикации ScienceNOW