05:57 18.08.2017
Ботанический сад на три вечера превратится в парк музыки
После богемной стрельбы на площади Островского задержан актёр «Убойной силы»
Основатель «Ножа для Frau Muller» Олег Гитаркин представит в Эрарте три проекта
Женя Любич сыграет новую программу на крыше
Полиция продолжает поиски водителя фургона, въехавшего в людей в Барселоне
В детском лагере «Меридиан» под Рощино горел корпус с детьми из Фрунзенского района
К Академии Штиглица съехались пожарные машины
При теракте в Барселоне пострадали более 100 человек
Единственный подозреваемый в теракте в Барселоне сам пришел в полицию
Россиянин обманом получил компенсации за травму сразу с шести страховщиков
Суд отправил в колонию директора и инженера типографии, при пожаре в которой погибли 17 человек
Путин и Медведев выразили соболезнования семьям погибших при теракте в Барселоне
Мировые цены на нефть начали расти
ИГ взяло на себя ответственность за теракт в Барселоне
Дожди, ливни и грозы останутся в Ленобласти на все выходные
В Барселоне находится около 100 тысяч русских туристов
СКА разгромил «Йокерит» и выиграл турнир имени Пучкова
Полиция опровергла захват заложников в баре Барселоны
Полицейские застрелили предполагаемого исполнителя теракта в Барселоне
Теракт в Барселоне. Хроника событий
Кронштадский морской завод отбился в суде от претензий УФАС по поводу «Авроры»
Автомобиль таранил полицию в Барселоне. Началась стрельба
Смольный разорвал договор аренды с арендатором Мальцевского рынка
Полтавченко требует ускорить темпы строительства метро
Полиция Каталонии показала фотографию подозревамого в теракте
Станцию «Проспект Большевиков» открыли на вход
Полиция Барселоны ищет второй фургон, на котором могли скрыться террористы
Желание обманом получать миллионы обернулась для бизнесмена из Петербурга колонией
Гительсон пожаловался в Верховный суд Австрии на экстрадицию в Россию
Станцию «Проспект Большевиков» закрывают на вход второй день подряд из-за хоккея
Петербургский производитель светодиодов «Светлана-Оптоэлектроника» признан банкротом
Как минимум трое погибли и два человек пострадали в теракте в Барселоне
«Фонтанка» за 60 секунд — 17 августа
В Индии 10-летняя девочка родила, не зная об этом
Двое вооруженных людей ворвались в ресторан в Барселоне
Здание 74-й гимназии на Болотной попало под реновацию
Микроавтобус въехал в толпу людей в Барселоне
В Финляндии обнаружен самый опасный вредитель
Российские космонавты вышли в открытый космос
Минобороны получило от Путина разрешение изымать землю под свои нужды
УФАС приостановило покупку фотоаппарата за полмиллиона для правительства Ленобалсти
Балтийский инвестиционный банк банкротит Валерия Израйлита
Начальник Курортного ОМВД стал «бронзовым» в Лос-Анджелесе
На севере КАД закроют съезд на Энгельса
Рассеянный клиент парализовал работу Сбербанка на Московском проспекте
Виллу Пикассо оценили в три раза дешевле его картины
Карповку за 300 млн рублей очистит компания бывшего вице-губернатора Виролайнена
Россиян предупредили об атаке зловреда на приложения для вызова такси и брони авиабилетов
КГИОП выиграл арбитраж у потенциального застройщика Баболовского парка
Суд отказался рассматривать жалобу на демонтаж доски адмиралу Колчаку
Трамп: Снос памятников конфедератам - это так глупо
Киев объявил в международный розыск 52 картины из Симферопольского музея
Международные резервы России незначительно снизились за неделю
Городской станции переливания крови не хватает доноров
Случай контрабанды нелегалов на российской яхте обернулся самым крупным делом в истории Финляндии
Суд не разрешил Сбербанку арестовывать имущество владельцев «Юлмарта» на основании вырезок из газет
Учителя Ленобласти сдадут экзамены по русскому языку и математике
Двукратный чемпион мира по велотреку стал россиянином
Буйный петербуржец угрожал ножом соседу, полицейскому и сотрудникам Росгвардии
На Крещатике мужчина передумал прыгать с дома после встречи с российскими дипломатами
В 2018 году в Петербурге будут созданы шесть новых автопарковок
На Киевском шоссе с разницей в несколько часов сгорели грузовики
В Киеве заявили о демонтаже всех памятников Ленину на Украине
Американским «Томагавкам» вернут способность атаковать корабли
В Кронштадте покажут артиллерийский морской бой
По песне «Короля и Шута» сняли фильм
На улице Белы Куна строители нашли старую гранату
На севере КАД – очередное закрытие
Ночью в Петербурге ждут грозу
Герои саги Мартина выстроились в очередь на Невском
Технологии

Метаматериалы для шапки-невидимки

Температура воды изменилась, и цилиндр исчез. Это могло бы показаться фокусом, если бы не было научным открытием мирового масштаба: петербургским физикам удалось сделать стеклянный цилиндр с водой невидимым. Пока, правда, только в микроволновом диапазоне.
Метаматериалы для шапки-невидимки

 

«Такого быть не может»

Подобная концепция может быть применена и в других диапазонах, в том числе в оптическом, тогда предметы начнут исчезать у нас на глазах. Главное – найти материалы с нужным коэффициентом преломления либо разработать новые, и эту задачу не первый год решают ученые из Петербурга.

Самый перспективный способ – применение метаматериалов, если дословно переводить с греческого – «постматериалов», «того, что следует за обычными материалами – металлом, стеклом и деревом».

«Метаматериал – периодическая структура, размер неоднородностей в которой много меньше длины волны. В микроволновом диапазоне длина волны – десятки сантиметров. Если мы хотим сделать метаматериал, период структуры не должен превышать несколько сантиметров. Такую структуру мы можем, предварительно рассчитав геометрию, сделать руками из набора проволок или напечатать на 3D-принтере», – объясняет руководитель теоретического отделения научного центра нанофотоники и метаматериалов Университета ИТМО кандидат физико-математических наук Иван Иорш.

Искусственные материалы, сконструированные в лабораториях, могут нарушать известные столетиями законы оптики.

«Представьте, что вы светите фонариком в воду. Луч преломляется и слегка отклоняется от линии раздела между воздухом и водой. Если бы вместо воды была среда, которую мы именуем метаматериалом, луч преломился бы непривычным для нас образом. Например, в обратную сторону. Ни в каких реально существующих материалах такого быть не может», – констатирует научный сотрудник центра нанофотоники и метаматериалов кандидат физико-математических наук Михаил Одит.

Физика и жизнь

Впервые искусственные среды, способные менять законы оптики, были упомянуты в сороковых и пятидесятых годах, в статьях советских физиков. А главная работа, предвосхитившая одно из первых открытий 21-го века, увидела свет в конце 1960-х.

«Наиболее значимым событием в истории метаматериалов была публикация в 1967 году статьи Виктора Веселаго, в которой он рассматривал, какими свойствами будет наделена гипотетическая среда, обладающая отрицательными коэффициентами диэлектрической и магнитной проницаемостей», – напоминает Михаил Одит.

До сих пор метаматериалы иногда называют «средами Веселаго».

Однако в прошлом столетии его работы не были оценены. В природе подобных материалов не существовало, возможность управлять магнитными свойствами света оставалась теоретической. Только в 2000 году британский физик Джон Пендри сумел воплотить фантастическую идею в жизнь. Он создал первый материал, который противоречил представлениям о проницаемости, но подтверждал правоту советского ученого.

Фотонная революция

Сегодня Михаил Одит называет разработку метаматериалов определяющим фактором перехода к следующему поколению компьютеров:

«Поскольку электроника подошла к своему физическому пределу, дальнейшие увеличение быстродействия и миниатюризация чипов практически невозможны. Нужен переход к нанофотонике – передаче информации через фотоны, когда информация передается не электронами в металлических проводниках, а фотонами в диэлектрических структурах. Этот способ гарантирует более высокие скорости и меньшие потери энергии».

Проблема в размерах устройств – изначально фотонные приборы значительно больше, чем электронные.

«Вспомните современные телескопы – это ведь гигантские антенны. Если у вас есть бесконечно большая поверхность, вы получите идеально направленное излучение. А хотелось бы, чтобы антенна была очень маленькая, при этом излучение от нее было направленное», – ставит задачу Иван Иорш.

Концепция метаматериалов позволяет преодолеть противоречие. С ними антенна для работы с микроволнами будет выглядеть как керамический шарик диаметром несколько сантиметров. В оптическом диапазоне «тарелку» заменит кремниевая сфера диаметром сто нанометров.

«Метаматериалы – инструмент революции, которая обеспечит переход от традиционной электроники к нанофотонике», – уверен Михаил Одит.

По этому направлению Международный научно-исследовательский центр нанофотоники и метаматериалов входит в десятку лучших лабораторий мира. Самые цитируемые работы посвящены проектированию диэлектрических наноантенн и использованию для создания метаматериалов графена. Исследования, проведенные в Петербурге, продолжают в Германии, Японии и США.

«Все будет видно»

Большинство датчиков, определяющих химическое состояние веществ, способных выявить взрывчатку или наркотики, работают в терагерцовом диапазоне. Терагерцовое излучение проникает через любую ткань, но человеческое тело для него непрозрачно.

Иван Иорш сравнивает работу терагерцовых приборов со сценой из фантастического фильма: «Сейчас есть металлодетекторы, но их можно обмануть – например, пронести керамическое оружие. В терагерцовом излучении все будет видно».

Такая избирательная прозрачность, конечно, вызывает этические вопросы, но на этапе разработки технологии ученые их не решают. А когда все технические и гуманитарные сложности будут преодолены, детекторы с применением принципов, разработанных в Университете ИТМО, возможно, появятся на каждой станции метро, на вокзалах и в аэропорту.

Но эффективного источника терагерцового излучения пока не существует. Существующие приборы либо слишком большие, и при этом работают только при сверхнизких температурах, либо обладают слишком малой мощностью.

«Применив метаматериал на основе графена, мы показали, как увеличить мощность терагерцовых источников», – утверждает Иван Иорш.

Электричество из воздуха

Испытания метаматериалов чаще всего проводятся в микроволновом диапазоне.

Дело в том, что законы линейной электродинамики масштабируемы. Если мы знаем, как свет ведет себя в определенной структуре, то можем проецировать этот опыт на волну, длина которой в сотни раз больше. Если эксперимент прошел успешно в микроволновом диапазоне, с устройством размером в несколько сантиметров, ученые уверены, что при уменьшении структуры до наноразмеров результат будет тот же.

Длина волны видимого света – 300 нанометров, значит, период наноструктуры метаматериала должен составлять 30 нанометров. Конструировать такую среду сложно и дорого. Можно, конечно, обойтись численной моделью, но надежнее прибегнуть к микроволновому прототипированию: сделать макроскопический образец, испытать на микроволнах, а потом отпечатать лучший вариант с уменьшением в миллион раз.

Кстати, наш научно-исследовательский центр нанофотоники и метаматериалов располагает нанолитографом – единственным в России прибором для печати трехмерных наноструктур.

«Мы полтора года учились на нем работать, докупали детали, теперь научились создавать уникальные структуры», – признается Иван Иорш.

Такое перспективное направление техники, как беспроводная передача энергии, тоже реализуется при помощи метаматериалов. В микроволновом отделении лаборатории испытывают технологию, которая в перспективе позволит полностью избавиться от проводов в квартирах и офисах. Обеспечит подзарядку планшета и мобильного телефона безо всяких розеток, просто по воздуху.

Начинается с яблок

«Теорий есть много, самая нашумевшая предполагает создание шапки-невидимки. Но ее пока никто не сделал. Зато у нас есть разработка, которую уже можно «пощупать» – применение метаматериалов в магнитно-резонансной томографии (МРТ)», – рассказывает заместитель заведующего научно-исследовательским центром нанофотоники и метаматериалов кандидат физико-математических наук Ирина Мельчакова.

Научный труд, описывающий новую возможность, еще не опубликован, но молодые петербургские ученые уже рассказали о ней на нескольких международных конференциях.

«Сейчас, чтобы сделать качественную МРТ, человеку нужно провести в томографе около получаса. Мы показали на рыбах, на мышах, что время процедуры можно сократить в 10 раз. При этом качество снимка не меняется», – гарантирует Иван Иорш.

В ходе экспериментов физикам пришлось иметь дело с непривычным предметом исследования – подопытными животными.

«Первые опыты вообще проводились на камбалах, нам нужны были плоские объекты. Мороженую рыбу покупали в гипермаркете», – вспоминает Иван.

«Все начиналось с неживых объектов – яблок и киви. Нам, инженерам, было несложно работать с фруктами, – рассказывает Ирина Мельчакова. – На следующем уровне мы привлекли к исследованиям специалистов-медиков».

С мышами физикам помогли сотрудники центра имени Алмазова.

Ученые планируют перейти к испытаниям на человеке до конца года, параллельно ведутся работы по патентованию разработки. Изобретение сделано, сколько времени уйдет на оформление бумаг, науке неизвестно.

Александр Яцуренко, для "Фонтанка.ру"


Подписывайтесь на канал "Фонтанка.ру" в Telegram или Viber, если хотите быть в курсе главных событий в Петербурге - и не только.

добавить комментарий
Помните, что все дискуссии на сайте модерируются в соответствии с правилами блога. Если вы видите комментарий, нарушающий правила сайта, сообщайте о нем модераторам.
комментарии пользователей (7)
15 февраля 2017 г. 23:15
Веселая новость с просторов как раз про эту Лабораторию Метаматериалов Университета ИТМО! Лаборатория Метаматериалов ИТМО "надула щеки" — опубликовала статью и не абы где, а в разделе News&Views январского номера журнала Nature. На сайте Лаборатории Метаматериалов ИТМО http://metalab.ifmo.ru/ в показателях соответственно сразу скакнул в 2017 году Impact Factor! О чем же статья?! Может о каком-то открытии, разработке или изобретении Лаборатории Метаматериалов ИТМО?! НЕЕЕТТ! Статья "ученых" ИТМО посвящена — та-дам!!! исследованию ученых из Калифорнийского университета в Сан-Диего?! Т.е. ученые из Калифорнийского университета сделали разработку — новый сверхкомпактный инфракрасный лазер и опубликовали статью в крепеньком журнале, но уровнем пониже Nature. Собственно — возьми да и прочитай статью самих разработчиков-изобретателей Калифорнийского университета?! Но "ученые" лаборатории Метаматериалов ИТМО не могли смолчать и опубликовали статью в Nature — где отмечают, что результаты, полученные американскими учеными, могут быть ОЧЕНЬ ПОЛЕЗНЫ!!! Публикация же "ученых" лаборатории Метаматериалов ИТМО "адресована представителям широкой научной общественности", т.е. видимо несет ПОПУЛЯРИЗАЦИОННЫЕ И ПРОСВЕТИТЕЛЬСКИЕ ФУНКЦИИ! Посмотрите мол товарищи, имеющие отношение к науке и не очень, — какие вообще молодцы ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего!!! О-о-о!!! После этого "ученым" лаборатории Метаматериалов ИТМО видимо можно смело бежать к Путину и просить еще один-другой мегагрант в несколько сот лямов из казны РФ... для продолжения ВАЖНОЙ ПОПУЛЯРИЗАЦИОННОЙ И ПРОСВЕТИТЕЛЬСКОЙ деятельности, осуществляемой лабораторией Метаматериалов ИТМО!!! В следующий раз, за несколько сот лямов, "ученые" лаборатории Метаматериалов ИТМО обещали уведомить научную и околонаучную общественность о изумительных открытиях и разработках немецких ученых!!!
28 июня 2015 г. 17:09
Фёдор Сумкин: А главный поражающий фактор в декалитрах.
28 июня 2015 г. 16:24
sergeir: Нечто похожее в теории антенн. Решетка составленная из согласованных диполей Герца в узком участке диапазона будет иметь ЭПР близкий к нулю почти при любом угле падения волны. Она "невидима". Из других элементов (рупоров и др.) даже в случае согласования ЭПР от нуля будет сильно отличен
28 июня 2015 г. 15:47
Modest: АПЛ "Поллитра". Малый торпедный катер "Мерзавчик". Миноносец "Гранёный". И, конечно, тяжёлый ракетный крейсер "Менделеев".
28 июня 2015 г. 15:20
Трепещи врах. Скоро у нас будет стеклянный и невидимый подводный флот, бороздящий океанские глубины по непредсказуемой кривой.
СМИ2
MarketGid News
24СМИ. Агрегатор
Lentainform