Invisibility Cloak Hides Objects Visible To The Naked Eye

Enkele jaren geleden slaagden wetenschappers erin om een rudimentaire onzichtbaarheidsmantel te bouwen, een indrukwekkend apparaat, maar het had enkele belangrijke beperkingen, niet in de laatste plaats dat het alleen werkte voor een enkele frequentie van microgolven.

Een van de grootste vragen waar natuurkundigen zich sindsdien over hebben gebogen, is of het mogelijk is om een onzichtbaarheidsapparaat te bouwen dat werkt over het bereik van frequenties dat zichtbaar is voor het menselijk oog.

Vorig jaar kondigden een paar groepen een oplossing voor dit probleem aan in de vorm van 'tapijtmantels' die over een object liggen en de aanwezigheid ervan verbergen over een reeks optische frequenties.

Opnieuw waren dit indrukwekkende prestaties, maar met enkele beperkingen. Deze mantels zijn gemaakt van fijn bewerkte silicium microstructuren en waren daarom duur om te bouwen. En ze kunnen alleen objecten verbergen tot een paar micrometer groot, niet veel groter dan de golflengte van licht zelf.

Onlangs hebben Baile Zhang aan het Massachusetts Institute of Technology in Cambridge en een paar maten het aanzienlijk beter gedaan. Ze hebben een tapijtmantel gebouwd die objecten in het millimeterbereik kan verbergen over een breed scala van zichtbare frequenties, van rood tot blauw. Dit is nog ver verwijderd van een tapijt om Harry Potter onder te verbergen, maar niettemin indrukwekkend, vooral omdat ze deze mantel hebben gebouwd van calciet, een gewoon en relatief goedkoop optisch materiaal, met behulp van conventionele fabricagetechnieken voor optische lenzen. Dit maakt de mantel goedkoop en gemakkelijk te bouwen.

Tapijtmantels liggen op een oppervlak en bedekken het te verbergen object. Hun truc is om het te laten lijken alsof licht weerkaatst wordt van dit oppervlak, waardoor elk object dat ze bedekken verborgen blijft. Tot nu toe is dit alleen gedaan met kunstmatig gemodificeerde structuren die licht op speciaal ontworpen manieren sturen. Dit zogenaamde metamateriaal is een soort wonderstof die momenteel veel aandacht krijgt.

Zhang en zijn team realiseerden zich echter dat er niet door de mens gemaakte materialen zijn die hetzelfde kunnen doen. Calciet is er een van. Het is ongewoon omdat de optische eigenschappen ervan afhangen van de richting waarin licht erdoorheen gaat.

Door deze eigenschap zorgvuldig te benutten, hebben ze een blok calciet (eigenlijk twee blokken calciet) gemaakt dat werkt als een tapijtmantel. Ze hebben het zelfs gedemonstreerd door een stalen wig van 38 mm lang en 2 mm hoog te verbergen. Zhang en zijn team zeggen dat dit de eerste keer is dat een zichtbaar object ooit is verhuld.

Hun mantel heeft natuurlijk zijn beperkingen. De belangrijkste is dat het alleen werkt in een enkel 2D-vlak, dus het object is alleen verborgen voor degenen die vanuit een bepaalde richting kijken. Een andere beperking is dat het alleen werkt met gepolariseerd licht. Maar dat is niet zo beperkend als het op het eerste gezicht lijkt. Water heeft de neiging licht te polariseren, dus het lijkt redelijk om aan te nemen dat de mantel goed onder water zou moeten werken.

Het is nog niet zo lang geleden dat sommige natuurkundigen zeiden dat optische onzichtbaarheidsmantels altijd onmogelijk zouden zijn (omdat metamaterialen de neiging hebben zichtbaar licht sneller te absorberen dan ze het kunnen doorgeven).

Dat is uiteindelijk van weinig zorg gebleken en onzichtbaarheidsmantels worden alleen maar beter en beter. Sterker nog, het is moeilijk om een technologie te bedenken die zo ver en zo snel is gevorderd. Wordt vervolgd.

Bron: Techreview. Ref: arxiv.org/abs/1012.2238: Macroscopic Invisible Cloak for Visible Light