Een paar onderzoekers van het Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) beschrijft een manier om een ​​cilinder van submicronformaat te laten verdwijnen zonder een speciale coating te gebruiken. Hun bevindingen kunnen de onzichtbaarheid van natuurlijke materialen op optische frequentie mogelijk maken en uiteindelijk leiden tot een eenvoudigere manier om opto-elektronische apparaten te verbeteren, inclusief detectie- en communicatietechnologieën.

Objecten onzichtbaar maken is niet langer fantasie, maar een snel evoluerende wetenschap. 'Onzichtbaarheidsmantels' die metamaterialen gebruiken - ontworpen materialen die lichtstralen rond een object kunnen buigen om het ondetecteerbaar te maken - bestaan ​​nu, en beginnen te worden gebruikt om de prestaties van satellietantennes en sensoren te verbeteren. Veel van de voorgestelde metamaterialen werken echter alleen bij beperkte golflengtebereiken zoals microgolffrequenties.

Nutsvoorzieningen, Kotaro Kajikawa en Yusuke Kobayashi van Tokyo Tech's Department of Electrical and Electronic Engineering rapporteren een manier om een ​​cilinder onzichtbaar te maken zonder een mantel voor monochromatische verlichting bij optische frequentie - een breder bereik van golflengten, inclusief diegene die zichtbaar zijn voor het menselijk oog.

Ze onderzochten eerst wat er gebeurt als een lichtgolf een denkbeeldige cilinder raakt met een oneindige lengte. Gebaseerd op een klassieke elektromagnetische theorie genaamd Mie-verstrooiing, ze visualiseerden de relatie tussen de lichtverstrooiingsefficiëntie van de cilinder en de brekingsindex. Ze zochten naar een gebied dat een zeer lage verstrooiingsefficiëntie aangaf, waarvan ze wisten dat het overeenkwam met de onzichtbaarheid van de cilinder.

Na het identificeren van een geschikte regio, ze bepaalden dat onzichtbaarheid zou optreden wanneer de brekingsindex van de cilinder varieert van 2,7 tot 3,8. Sommige bruikbare natuurlijke materialen vallen binnen dit bereik, zoals silicium (Si), aluminiumarsenide (AlAs) en germaniumarsenide (GaAs), die vaak worden gebruikt in de halfgeleidertechnologie.

Dus, in tegenstelling tot de moeilijke en kostbare fabricageprocedures die vaak worden geassocieerd met exotische metamateriaalcoatings, de nieuwe aanpak zou een veel eenvoudigere manier kunnen bieden om onzichtbaarheid te bereiken.

De onderzoekers gebruikten numerieke modellering op basis van de Finite-Difference Time-Domain (FDTD) -methode om de voorwaarden voor het bereiken van onzichtbaarheid te bevestigen. (Zie figuur/animatie.) Door goed naar de magnetische veldprofielen te kijken, ze concludeerden dat "de onzichtbaarheid voortkomt uit de annulering van de dipolen die in de cilinder worden gegenereerd."

Hoewel rigoureuze berekeningen van de verstrooiingsefficiëntie tot nu toe alleen mogelijk waren voor cilinders en bollen, Kajikawa merkt op dat er plannen zijn om andere structuren te testen, maar deze zouden veel meer rekenkracht vergen.

Om de huidige bevindingen in de praktijk te verifiëren, het zou relatief eenvoudig moeten zijn om experimenten uit te voeren met kleine cilinders gemaakt van silicium en germaniumarsenide. Kajikawa zegt:"We hopen samen te werken met onderzoeksgroepen die zich nu richten op dergelijke nanostructuren. de volgende stap zou zijn om nieuwe optische apparaten te ontwerpen."

Mogelijke opto-elektronische toepassingen kunnen nieuwe soorten detectoren en sensoren zijn voor de medische en ruimtevaartindustrie.