A veces, los avances en la tecnología moderna pueden confundirse con magia. La ciencia exacta funciona en lugar de la magia. Una de las áreas de investigación, cuyos resultados bien podrían servir como ilustración de las propiedades de los "atributos de las hadas", es el desarrollo y la creación de metamateriales.
Desde un punto de vista puramente físico, los metamateriales son estructuras formadas artificialmente y especialmente construidas que tienen propiedades electromagnéticas u ópticas inalcanzables en la naturaleza. Estos últimos no están determinados ni siquiera por las características de sus sustancias constituyentes, sino por su estructura. Después de todo, puede construir casas de apariencia similar con los mismos materiales, pero una tendrá un excelente aislamiento acústico y en la otra incluso escuchará la respiración de un vecino del apartamento de enfrente. Cual es el secreto Solo en la capacidad del constructor de disponer de los fondos proporcionados.
Metamaterial / Dominio público
Por el momento, los científicos de materiales ya han creado muchas estructuras, cuyas propiedades no se encuentran en la naturaleza, aunque no van más allá de las leyes físicas. Por ejemplo, uno de los metamateriales creados puede manipular las ondas sonoras con tanta precisión que mantienen una pequeña bola en el aire. Consta de dos celosías, ensambladas con ladrillos rellenos de varillas termoplásticas, que se colocan en forma de "serpiente". La onda de sonido se enfoca como la luz en una lente, y los investigadores creen que este dispositivo les permitirá desarrollar el control del sonido para poder cambiar su dirección, como ahora cambiando la trayectoria de un haz de luz mediante la óptica.
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La pelota se sostiene en el aire mediante una onda sonora enfocada por el metamaterial / Ilustración de RIA Novosti. A. Polyanina
Otro metamaterial puede reorganizarse. Un objeto se ensambla a partir de él sin la ayuda de las manos, ¡porque el cambio de forma se puede programar! La estructura de un material tan "inteligente" consiste en cubos, cada pared de los cuales consta de dos capas externas de tereftalato de polietileno y una capa interna de cinta adhesiva de doble cara. Este diseño le permite cambiar la forma, el volumen e incluso la rigidez del objeto.
Material 3D que cambia de forma por la Universidad de Harvard / Johannes Overvelde / Bertoldi Lab / Harvard SEAS
Pero las propiedades más sorprendentes son los metamateriales ópticos, que pueden cambiar la percepción visual de la realidad. "Trabajan" en el rango de longitud de onda que ve el ojo humano. Fue a partir de tales materiales que los científicos crearon la tela a partir de la cual se puede hacer una capa de invisibilidad.
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Sin embargo, hasta ahora solo un microobjeto puede hacerse invisible en el rango óptico.
La posibilidad de crear un material con un ángulo de refracción negativo fue predicha en 1967 por el físico soviético Viktor Veselago, pero solo ahora aparecen las primeras muestras de estructuras reales con tales propiedades. Debido al ángulo de refracción negativo, los rayos de luz se doblan alrededor del objeto, haciéndolo invisible. Por lo tanto, el observador solo nota lo que está sucediendo detrás de la espalda de la persona que lleva la capa "maravillosa".
Así imaginó el artista el nanocloak de invisibilidad / grupo Xiang Zhang, Berkeley Lab / UC Berkeley
El último logro en la creación de metamateriales ópticos pertenece a los científicos rusos de NUST MISIS. Además, los "ingredientes" utilizados son los más comunes: aire, vidrio y agua. El trabajo de los científicos fue premiado con la publicación en una de las revistas mejor calificadas en el mundo Scientific Reports por la editorial Nature.
Alexey Basharin, Profesor Asociado, NUST MISIS, Candidato de Ciencias Técnicas / NUST MISIS
“Es muy caro y difícil estudiar metamateriales en el rango óptico, cada muestra de este tipo puede costar miles de euros”, dijo Alexei Basharin, investigador del Laboratorio de Metamateriales Superconductores en NUST MISIS, Ph. D. “Además, la probabilidad de error al moldear un sistema de este tipo es muy alta incluso con el uso de las herramientas de mayor precisión. Sin embargo, si crea un material a mayor escala, en el que no habrá ondas ópticas (400-700 nm), sino ondas de radio (7-8 cm de largo), la física del proceso no cambiará a partir de tal escala, pero la tecnología de su creación se volverá más simple.
Al estudiar las propiedades de las estructuras creadas, los autores del trabajo demostraron que este tipo de sustancia tiene varias aplicaciones prácticas a la vez. En primer lugar, se trata de sensores de moléculas complejas, ya que estas últimas, al caer en el campo de un metamaterial, comienzan a brillar. De esta manera, se pueden determinar incluso moléculas individuales, que potencialmente pueden afectar significativamente el desarrollo de, por ejemplo, la ciencia forense. Además, dicho metamaterial se puede utilizar como filtro de luz, separando la luz de cierta longitud de la radiación incidente. También es aplicable como base para la creación de una memoria magnética ultra confiable, porque la estructura de las células del metamaterial evita que se magneticen entre sí y, por lo tanto, pierdan información.
