A volte i progressi della tecnologia moderna possono essere scambiati per magia. La scienza esatta funziona invece della magia. Una delle aree di ricerca, i cui risultati potrebbero servire da illustrazione delle proprietà degli "attributi fatati", è lo sviluppo e la creazione di metamateriali.
Da un punto di vista puramente fisico, i metamateriali sono strutture formate artificialmente e appositamente costruite che hanno proprietà elettromagnetiche o ottiche irraggiungibili in natura. Questi ultimi non sono determinati nemmeno dalle caratteristiche delle loro sostanze costituenti, ma dalla loro struttura. Dopotutto, puoi costruire case simili nell'aspetto con gli stessi materiali, ma una avrà un eccellente isolamento acustico e nell'altra sentirai persino il respiro di un vicino dall'appartamento di fronte. Qual è il segreto? Solo nella capacità del costruttore di disporre dei fondi forniti.
Metamateriale / dominio pubblico
Al momento, gli scienziati dei materiali hanno già creato molte strutture, le cui proprietà non si trovano in natura, sebbene non vadano oltre le leggi fisiche. Ad esempio, uno dei metamateriali creati può manipolare le onde sonore in modo così abile da mantenere una piccola palla in aria. Si compone di due tralicci, assemblati con mattoni riempiti di tondini termoplastici, che sono disposti a "serpente". L'onda sonora è focalizzata come la luce in una lente, ei ricercatori ritengono che questo dispositivo consentirà loro di sviluppare il controllo del suono per poter cambiare la sua direzione, come ora cambiando il percorso di un raggio di luce usando l'ottica.
La palla è tenuta in aria da un'onda sonora focalizzata dal metamateriale / Illustrazione di RIA Novosti. A. Polyanina
Un altro metamateriale può riorganizzarsi. Da esso si assembla un oggetto senza l'ausilio delle mani, perché il cambio di forma può essere programmato! La struttura di un materiale così “intelligente” è costituita da cubi, ciascuna delle quali è composta da due strati esterni di polietilene tereftalato e uno strato interno di nastro biadesivo. Questo design consente di modificare la forma, il volume e persino la rigidità dell'oggetto.
Materiale 3D per mutaforma dell'Università di Harvard / Johannes Overvelde / Bertoldi Lab / Harvard SEAS
Ma le proprietà più sorprendenti sono i metamateriali ottici che possono cambiare la percezione visiva della realtà. "Funzionano" nella gamma di lunghezze d'onda che l'occhio umano vede. È stato con tali materiali che gli scienziati hanno creato il tessuto da cui è possibile creare un mantello dell'invisibilità.
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Tuttavia, finora solo un microoggetto può essere reso invisibile nel campo ottico.
La possibilità di creare un materiale con un angolo di rifrazione negativo era stata prevista nel 1967 dal fisico sovietico Viktor Veselago, ma solo ora compaiono i primi campioni di strutture reali con tali proprietà. A causa dell'angolo di rifrazione negativo, i raggi di luce si piegano attorno all'oggetto, rendendolo invisibile. Così, l'osservatore nota solo ciò che sta accadendo dietro la schiena della persona che indossa il mantello "meraviglioso".
È così che l'artista ha immaginato il nanocloak dell'invisibilità / gruppo Xiang Zhang, Berkeley Lab / UC Berkeley
L'ultimo risultato nella creazione di metamateriali ottici appartiene agli scienziati russi di NUST MISIS. Inoltre, gli "ingredienti" utilizzati sono i più comuni: aria, vetro e acqua. Il lavoro degli scienziati è stato premiato con la pubblicazione in una delle riviste più quotate al mondo Scientific Reports dalla casa editrice Nature.
Alexey Basharin, Professore Associato, NUST MISIS, Candidate of Technical Sciences / NUST MISIS
"È molto costoso e difficile studiare i metamateriali nella gamma ottica, ciascuno di questi campioni può costare migliaia di euro", ha affermato Alexei Basharin, ricercatore presso il Superconducting Metamaterials Laboratory presso NUST MISIS, Ph. D. “Inoltre, la probabilità di errore nello stampaggio di un sistema del genere è molto alta, anche con l'uso degli strumenti di altissima precisione. Tuttavia, se crei un materiale su scala più grande, in cui non ci saranno onde ottiche (400-700 nm), ma onde radio (lunghe 7-8 cm), la fisica del processo non cambierà da tale ridimensionamento, ma la tecnologia della loro creazione diventerà più semplice ".
Studiando le proprietà delle strutture create, gli autori del lavoro hanno dimostrato che questo tipo di sostanza ha diverse applicazioni pratiche contemporaneamente. Prima di tutto, questi sono sensori di molecole complesse, poiché queste ultime, cadendo nel campo di un metamateriale, iniziano a brillare. In questo modo, possono essere determinate anche singole molecole, che possono potenzialmente influenzare in modo significativo lo sviluppo, ad esempio, della medicina legale. Inoltre, un tale metamateriale può essere utilizzato come filtro della luce, separando la luce di una certa lunghezza dalla radiazione incidente. È anche applicabile come base per la creazione di una memoria magnetica ultra affidabile, perché la struttura delle cellule del metamateriale impedisce loro di magnetizzarsi a vicenda e quindi di perdere informazioni.
