Sự tàng hình nay đã là hiện thực. Nhưng các nhà khoa học chưa hài lòng và vẫn đi tìm món chén thánh: một cái áo tàng hình che giấu những vật thể vĩ mô nhìn từ mọi góc độ bằng ánh sáng nhìn thấy không phân cực. Wenshan Cai và Vladimir Shalaev trình bày con đường phía trước trong cuộc truy tìm này.
>> Xem Phần 2
Tự nhiên biết rõ nhất
Khi nghĩ tới những kế hoạch tàng hình mới và sáng tạo, có một thứ đáng để bạn lưu tâm trong não: tự nhiên có thể đã thực thi một số công việc dành cho chúng ta. Trong khi mỗi chất rắn có trong tự nhiên, theo định nghĩa, là đồng nhất, cái chúng ta không muốn, thì sự dị hướng có mặt trong nhiều chất kết tinh; nó là một tính chất nội tại suy ra từ cấu trúc mạng tinh thể. Vậy thì chúng ta có thể xây dựng một áo tàng hình quang học vừa đẳng hướng và phi từ tính, và khai thác sự dị hướng có mặt trong tự nhiên hay không? Đây là quan điểm cơ sở của một áo tàng hình quang học dải rộng, vĩ mô, đối với ánh sáng nhìn thấy, đã được báo cáo bởi một đội đứng đầu là Shuang Zhang ở trường Đại học Birmingham và Pendry tại trường Imperial London, và, một cách độc lập, bởi đội của George Barbastathis thuộc Liên hiệp Nghiên cứu và Công nghệ Singapore-MIT.
Thật thú vị, cả hai áo tàng hình vĩ mô trên đều được chế tạo từ chất liệu calcite kết tinh, chất đã được tìm thấy là có tính dị hướng quang học và tính lưỡng chiết bởi nhà khoa học người Đan Mạch Rasmus Bartholin tận hồi năm 1669. Phiên bản mới này của thảm tàng hình sử dụng một chỗ lồi hình tam giác thay cho một chỗ phẳng, và phân tích toán học cho thấy khi sử dụng một phép biến đổi tọa độ thích hợp, thì chất liệu cấu thành phía trên mặt phẳng nền có thể làm từ những chất liệu đơn giản đồng nhất, phi từ tính. Quan trọng hơn, mức độ dị hướng cần thiết không khắt khe cho lắm, và có thể sẵn sàng đáp ứng khi sử dụng các tinh thể lưỡng chiết. Kết quả là đạt tới một trường hợp rất hiếm trong những dụng cụ xây dựng trên cơ sở biến đổi tọa độ: một đặc trưng chiết suất biến thiên theo không gian là không cần thiết nữa, đặt nền tảng cho việc loại trừ hoàn toàn nhu cầu vi chế tạo tiêu tốn thời gian và tiền của.
Một sơ đồ của dụng cụ trên trình bày trong hình 3a minh họa áp dụng bị bẻ cong như thế nào để đánh lừa mắt. Hai mảnh calcite có hướng tinh thể khác nhau được ghép dính lại với một chỗ thụt vào hình tam giác tù nằm bên dưới lớp phủ kim loại. Chùm ánh sáng bị lệch nhiều lần trước khi đi ra khỏi tinh thể, theo kiểu giống hệt như nó bị phản xạ trực tiếp bởi một cái gương phẳng. Các nhà nghiên cứu đã che giấu thành công một số vật thể cỡ centimet, gồm một cái kẹp giấy, một cái nêm thép nhỏ và một miếng giấy (hình 3b – d). Áo tàng hình hoạt động khá tốt trong toàn dải phổ nhìn thấy, từ đỏ tới xanh, nhờ sự tán sắc tương đối yếu trong tinh thể trong suốt trên. Một cái áo tàng hình sẽ che giấu các vật ở mọi góc tới; điều này cũng đã được xác nhận, miễn là nguồn chiếu sáng ở một phía của hình tháp, và người quan sát thì ở phía bên kia.
Hình 3. Áo tàng hình vĩ mô. (a) Ánh sáng bị bẻ cong nhiều lần trong áo tàng hình calcite này, như thể chúng bị phản xạ trực tiếp từ một cái gương phẳng. Đường liền nét màu vàng thể hiện lớp tráng phản xạ, còn đường đứt nét màu vàng thể hiện mặt phẳng mặt đất ảo. Mọi thứ nằm bên trong các đường màu vàng đều được làm cho vô hình. (b và c) Diện mạo của áo tàng hình calcite trong một chất lỏng. Ảnh của cát nằm phía sau tinh thể hình lăng kính tam giác (cao 20mm) bình thường bị méo, như trong hình (b). Tuy nhiên, dưới những điều kiện chiếu sáng thích hợp, áo tàng hình calcite, cùng với bất cứ thứ gì che giấu trong chỗ lõm hình tam giác, biến mất và người ta thấy ảnh không méo mó của cát khi nhìn xuyên qua dụng cụ trên. (d) Một miếng giấy màu hồng chèn vào mặt dưới biến dạng của một áo tàng hình calcite (cao 15mm). Phần chính giữa của tờ giấy bị làm cho vô hình trong khi khung cảnh nền không bị biến đổi gì hết.
Phút suy tính
Chúng ta hãy nhìn ngược lại từ làn gió hào hứng của hai minh chứng áo tàng hình calcite tuyệt vời và tự hỏi: không biết chúng ta đã tiến gần đến mức nào đối với một áo tàng hình lí tưởng? Vâng, thật không may, bạn có thể nói rằng một cái áo tàng hình calcite có ở đó vì các dụng cụ chỉ hoạt động đối với ánh sáng phân cực và vốn chỉ hoạt động trong cấu hình 2D. Đồng thời, hiệu quả tàng hình bị giảm sút khi dùng trong không gian tự do thay vì dìm trong một chất lỏng chiết suất cao. Hơn nữa, chúng ta sẽ nghiêng về một hiệu ứng nhìn thấy trực tiếp trong không khí thay vì nhìn thấy một miếng gương kì lạ nằm trên mặt đất, đó là diện mạo của thảm tàng hình hiện nay và mục tiêu mong muốn vẫn hãy còn xa vời.
Nhưng chúng ta không nên quá bi quan, vì công nghệ vẫn đang phát triển và thời gian sẽ khiến chúng ta bất ngờ một lần nữa. Thật vậy, khi chúng tôi đang viết bài báo này, cả hai nhóm đã thiết kế ra mẫu ở hình 2 đều báo cáo rằng việc chế tạo ra đối tác ánh sáng nhìn thấy của cấu trúc của họ với cỡ chi tiết nhỏ hơn và những chất liệu được xử lí tinh vi hơn (MGharghi et al. 2011 Nano. Lett.DOI:10.1021/nl201189z; JFischer et al. 2011 Opt.Lett. 36 2059). Nhưng, trong khi cái cho đến nay đã đạt được trong khoa học tàng hình đã là một thành tựu vật lí và kĩ thuật, có lẽ bọn trẻ của chúng ta sẽ phải chờ thêm một thời gian nữa mới có trong tay áo tàng hình Harry Potter thứ thiệt.
Wenshan Cai và Vladimir Shalaev
Physics World, tháng 7/2011
Trần Nghiêm dịch
