Ученые пытаются создать плащ-невидимку

Все известные природные материалы имеют положительный коэффициент преломления, так что свет, проходя из одной среды в другую, немного меняет направление распространения. Однако в некоторых искусственных «метаматериалах» наблюдается отрицательное преломление, при котором пучок света меняет свое направление на противоположное. Согласно новым данным исследователей из Мичиганского университета, такой эффект может наблюдаться и в тонких пленках высокотемпературных сверхпроводниковых материалов.

Создание метаматериалов и изучение их необычных оптических свойств сделали возможным получение качественно новых устройств, включающих в себя «плащи-невидимки», которые могут полностью скрывать объект, и идеальные линзы, с помощью которых можно получить изображение любой точности. Однако существуют некоторые сложности, объясняет сотрудник института RICEN и Мичиганского университета Франко Нори, возглавляющий исследовательскую группу. Обычно такие метаматериалы состоят из множества металлических проводов и других сложных в изготовлении структур.

В поиске альтернативных материалов команда Нори обратила внимание на тонкие пленки высокотемпературных сверхпроводящих материалов. Эти материалы при кристаллизации образуют четкую многоуровневую структуру, в которой сверхпроводимость наблюдается только вдоль определенных атомных плоскостей.

За пределами этих плоскостей материалы являются изоляторами, то есть их электрические свойства в горизонтальном и вертикальном направлениях принципиально различаются.

Только сейчас ученые осознали, как именно многоуровневая структура высокотемпературных сверхпроводников влияет на направление распространения света. При определенных длинах волн на поверхности сверхпроводника образуется поток возбужденных электронов. О существовании поверхностных волн уже известно, однако ученые обнаружили, что эти волны не могут существовать при некоторых длинах волн в дальнем инфракрасном диапазоне (частотой в ТГц). Особенностью многоуровневой структуры сверхпроводников является то, что на этих длинах волн наблюдается отрицательный показатель преломления.

Хотя поведение многоуровневых сверхпроводников с отрицательным коэффициентом преломления немного отличается от поведения обычных метаматериалов, они представляют собой многообещающую альтернативу сложным устройствам на основе метаматериалов, считают авторы исследования. В итоге можно будет говорить об идеальных линзах и плащах-невидимках, созданных из естественных сверхпроводников, а не из комплексных искусственных метаматериалов.