‘Thảm tàng hình’ che được vật ba chiều

Một nhóm nhà vật lí ở Anh và Đức vừa tiết lộ dụng cụ đầu tiên che được một vật trong không gian ba chiều. Trong khi thiết kế trên chỉ tàng hình được những vật thể vi mô khỏi những bước sóng hồng ngoại gần, nhưng các nhà nghiên cứu khẳng định trên nguyên tắc chẳng có gì ngăn cản mẫu thiết kế của họ nâng kích cỡ lên để che giấu những vật thể lớn hơn nhiều khỏi ánh sáng khả kiến.

Nguồn gốc của mẫu thiết kế này phát sinh năm 2006, khi David Smith cùng các đồng nghiệp tại trường đại học Duke ở Bắc Carolina tạo ra được một cái áo choàng có thể bẻ cong vi sóng ra xung quanh một vật, giống như nước chảy qua một hòn đá nhẵn nhụi. Chiếc áo choàng sơ khai này sử dụng một siêu chất liệu – một chất liệu cấu trúc nhân tạo với những tính chất điện từ khác thường hoặc những tính chất khác – gồm một vật hình trụ cấu tạo từ các vòng đồng tâm gồm những bộ cộng hưởng vòng-phân tách bằng đồng. Tuy nhiên, chiếc áo choàng đầu tiên này, chỉ hoạt động trong không gian hai chiều – nói csch khác, khi nhìn vào hình trụ từ trên xuống sẽ để lộ sự có mặt của vật được che chắn.

Thiết kế chi tiết của cấu trúc nano chứa một chỗ trũng trong tấm thảm vàng và dệt thành cấu trúc áo choàng tàng hình bên dưới. Lưu ý thể tích cục bộ lấp đầy những chỗ trống cột gỗ polymer là biến thiên cục bộ. Toàn bộ cấu trúc được chế tạo bằng cách lái chùm laser viết lên và được xem xét qua một kính hiển vi quang học. (Ảnh: Science/AAAS)

Tấm thảm tàng hình

Nay Tolga Ergin và các đồng nghiệp tại Viện Công nghệ Karlsruhe ở Đức, cùng với John Pendry ở trường Imperial College London, vừa vượt qua được trở ngại này bởi việc tạo ra một “tấm thảm choàng”. Được Pendry và Jensen Li đề xuất hồi năm 2008, tấm thảm này che giấu một vật bên dưới chỗ trũng trên bề mặt của một vật liệu nếu không đã trơn nhẵn – giống hệt như một cái gì đó có thể che giấu bên dưới một tấm thảm – và sau đó san phẳng chỗ trũng thu được. Kết quả này thu được bằng cách tạo ra một chỗ trũng trên một cái gương phẳng và rồi đặt lên trên gương một lớp siêu chất liệu có những tính chất quang học sao cho ánh sáng có vẻ bị phản xạ hết khỏi gương như thể chỗ trũng không có mặt ở đó.

Kĩ thuật này đã được chứng minh trên thực nghiệm ở hai bước sóng khác nhau hồi năm ngoái, với nhóm Smith chứng tỏ rằng nó hoạt động trong vùng vi sóng, còn các nhà nghiên cứu tại đại học Berkeley và Cornell ở gần New York thì thu được những kết quả tương tự trong vùng bước sóng hồng ngoại. Tuy nhiên, những chiếc áo choàng này còn bị hạn chế với không gian hai chiều.

Nhóm của Ergin tạo ra tấm thảm choàng ba chiều bằng cách chất đống các bánh xốp silicon vi chế tạo lên nhau theo kiểu ma trận “đống gỗ” và rồi lấp đầy những khe trống giữa các bánh xốp bằng những lượng polymer khác nhau. Việc này mang lại sự phân bố chiết suất như mong muốn bên trong cấu trúc.

Che đi chỗ trũng

Cấu trúc áo choàng sau đó được đặt lên trên một bề mặt vàng phản xạ có chứa một chỗ trũng, dẫn tới một hiệu ứng che khuất sử dụng ánh sáng chưa phân cực với bước sóng từ 1,4 đến 2,7 µm – ánh sáng hồng ngoại gần. Điều quan trọng là hiệu ứng này tồn tại cho đến góc nhìn lên tới 60 độ (với không độ biểu diễn sự nhìn trong không gian hai chiều).

Tuy nhiên, chỗ trũng đó là rất nhỏ - chỉ  30 µm (10^–6 m) × 10 µm × 1 µm. Thành viên đội nghiên cứu Martin Wegener cho biết họ có thể sử dụng công nghệ hiện có để tạo ra chiếc áo choàng lớn hơn để che khuất những vật lớn hơn, nhưng phương pháp này sẽ cực kì tốn thời gian. “Những công cụ vi chế tạo nhanh hơn sẽ phải được phát triển để cho phép những cấu trúc ba chiều”, ông nói.

Đối với Wegener, mục tiêu của nghiên cứu trên không phải là tập trung hết mọi nỗ lực vào việc chế tạo những cái áo choàng tàng hình, mà là khảo sát phạm vi ứng dụng trong lĩnh vực quang học thích nghi. Công việc này liên quan đến việc tính xem loại vật liệu nào là cần thiết để bẻ cong ánh sáng theo một kiểu nhất định, bằng cách xem xét đường đi ánh sáng là kết quả của sự cong oằn của không gian. Wegener cho biết quang học thích nghi sẽ dẫn tới, thí dụ, việc thiết kế ra những chiếc anten tốt hơn hoặc những bộ cộng hưởng quang học nhỏ hơn.

Smith mô tả nghiên cứu mới nhất này là “rất thú vị” và tán thành rằng tầm quan trọng thật sự của nó nằm ở sự phát triển của quang học thích nghi. “Các luận chứng như thế này đang lát đường cho mẫu thiết kế quang học thích nghi trở thành một phương pháp luận thiết kế chính thức, giống như kĩ thuật theo vết chùm tia”, ông nói.

Nghiên cứu công bố trên tờ Science.

Theo physicsworld.com