Het betreden van een onzichtbare deur om een ​​trein te halen op station King's Cross in Londen is een bekende fictieve scène uit de Harry Potter-serie. In de afgelopen decennia, natuurkundigen hebben geprobeerd een soortgelijk effect te produceren door hun onderzoeksinspanningen te concentreren op illusie-apparaten.

Illusie-apparaten zijn apparaten die de optische eigenschappen van objecten kunnen veranderen om overeen te komen met die van andere virtuele objecten of ze schijnbaar onzichtbaar te maken, een illusie voortbrengen. Twee veel voorkomende soorten illusieapparaten zijn superverstrooiers en onzichtbare gateways. De eerste zijn ontworpen om licht te verstrooien en de tweede om lichtstralen terug te kaatsen via een fysieke poort.

Vanuit een theoretisch standpunt, superverstrooiers en onzichtbare gateways zijn tot nu toe voornamelijk bestudeerd in de context van transformatie-optica en gevouwen geometrietransformaties (d.w.z. het visuele, illusoire transformatie van objecten in andere objecten). Het experimenteel realiseren van deze apparaten, echter, vereist het gebruik van metamaterialen met specifieke eigenschappen (bijv. een negatieve permittiviteit en permeabiliteit) die moeilijk toe te passen zijn in fabricageprocessen.

Onderzoekers van Nanjing University en Xiamen University in China hebben onlangs een metamateriaal gebruikt met een gelijktijdige negatieve permittiviteit en permeabiliteit om een ​​van de eerste grote superverstrooiers te creëren. In hun krant gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , ze demonstreren het superverstrooiingseffect van dit apparaat bij microgolffrequenties met behulp van veldkaarttechnologie.

"De onzichtbare gateway op basis van een perfecte lens heeft maar één circuitgebaseerd experiment, "Huanyang Chen, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde Phys.org. "Onze motivatie was om een ​​echte onzichtbare gateway voor elektromagnetische golven te realiseren op basis van een eerder ontwikkelde theorie. We hebben dit apparaat kunnen afwerken in het Lab van Prof. Rui-Xin Wu, tien jaar nadat we begonnen te werken aan dit doel."

Natuurkundigen waren eerder niet in staat om het stoppen van golfvoortplanting en andere superverstrooiingseffecten in illusie-apparaten te verifiëren. Om het superverstrooiingseffect van de grote metamateriaal-superverstrooier te demonstreren, realiseerden ze zich:Chen en zijn collega's gebruikten microgolfveldkaarttechnologie.

"Met deze technologie konden we de golfvoortplanting binnen de superverstrooier direct observeren, " Prof. Wu, een andere onderzoeker die bij het onderzoek betrokken was, vertelde Phys.org. "Met behulp van microgolfveldtoewijzing, we hebben het golfpatroon waargenomen voor een groot metalen object waarvan de grootte groter is dan de werkelijke grootte van de superverstrooier en de verboden golfvoortplanting in een grote toegangspoort met een metamateriaal superverstrooier."

De bevindingen van dit team van onderzoekers bevestigen dat superverstrooiing afkomstig is van de excitatie van oppervlakteplasmonen, een hypothese die in eerdere artikelen is geïntroduceerd. In aanvulling, Chen, Prof. Wu en hun collega's toonden aan dat een onzichtbare gateway elektromagnetische golven kan tegenhouden in een luchtkanaal met een breedte die veel breder is dan de afsnijbreedte van de corresponderende rechthoekige golfgeleider.

Het recente artikel gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven biedt de eerste directe waarneming van het superverstrooiingseffect in metamaterialen. Deze observatie zou uiteindelijk het ontwerp van nieuwe illusie-apparaten kunnen inspireren op basis van een soortgelijk ontwerp als het ontwerp dat de onderzoekers hebben gerealiseerd.

"Ons artikel toont een echt geval van superverstrooiing, maar alleen voor een smalle band van werkfrequenties, " zei Chen. "Bovendien, de deuropening kan worden omgeschakeld van een normaal open toestand naar een onzichtbare gesloten toestand door het aangelegde magnetische veld af te stemmen. Ons werk zal waarschijnlijk inspireren tot meer onderzoek naar illusie-apparaten voor magnetrons. Bovendien, in de toekomst, het is misschien ook mogelijk om het concept uit te breiden naar akoestische golven of zelfs oceaangolven."

© 2021 Science X Network