Manchmal können Fortschritte in der modernen Technologie mit Magie verwechselt werden. Genaue Wissenschaft funktioniert statt Magie. Ein Forschungsbereich, dessen Ergebnisse durchaus zur Veranschaulichung der Eigenschaften von "Feenattributen" dienen könnten, ist die Entwicklung und Schaffung von Metamaterialien.
Aus rein physikalischer Sicht sind Metamaterialien künstlich geformte und speziell konstruierte Strukturen, deren elektromagnetische oder optische Eigenschaften in der Natur unerreichbar sind. Letztere werden nicht einmal durch die Eigenschaften ihrer Stoffbestandteile bestimmt, sondern durch ihre Struktur. Schließlich können Sie aus denselben Materialien Häuser bauen, die ein ähnliches Aussehen haben, aber eines hat eine hervorragende Schalldämmung, und das andere hört sogar den Atem eines Nachbarn aus der gegenüberliegenden Wohnung. Was ist das Geheimnis? Nur in der Fähigkeit des Bauherrn, über die bereitgestellten Mittel zu verfügen.
Metamaterial / gemeinfrei
Im Moment haben Materialwissenschaftler bereits viele Strukturen geschaffen, deren Eigenschaften in der Natur nicht zu finden sind, obwohl sie nicht über die physikalischen Gesetze hinausgehen. Zum Beispiel kann eines der erstellten Metamaterialien Schallwellen so geschickt manipulieren, dass sie einen kleinen Ball in der Luft halten. Es besteht aus zwei Gittern, die aus Ziegeln bestehen, die mit thermoplastischen Stäben gefüllt sind und in einer "Schlange" liegen. Die Schallwelle wird wie Licht in einer Linse fokussiert, und die Forscher glauben, dass das Gerät es ihnen ermöglichen wird, eine Schallsteuerung zu entwickeln, um ihre Richtung ändern zu können, da nun der Weg eines Lichtstrahls mithilfe der Optik geändert wird.
Der Ball wird von einer Schallwelle in der Luft gehalten, die vom Metamaterial / Illustration von RIA Novosti fokussiert wird. A. Polyanina
Ein anderes Metamaterial kann sich neu ordnen. Daraus wird ohne Hilfe von Händen ein Objekt zusammengesetzt, da die Formänderung programmiert werden kann! Die Struktur eines solchen „intelligenten“Materials besteht aus Würfeln, von denen jede Wand aus zwei äußeren Schichten Polyethylenterephthalat und einer inneren Schicht doppelseitigem Klebeband besteht. Mit diesem Design können Sie die Form, das Volumen und sogar die Steifigkeit des Objekts ändern.
3D Shape-Shifting-Material von der Harvard University / Johannes Overvelde / Bertoldi Lab / Harvard SEAS
Die erstaunlichsten Eigenschaften sind jedoch optische Metamaterialien, die die visuelle Wahrnehmung der Realität verändern können. Sie "arbeiten" in dem Wellenlängenbereich, den das menschliche Auge sieht. Aus solchen Materialien haben Wissenschaftler den Stoff geschaffen, aus dem man einen Unsichtbarkeitsumhang machen kann.
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Bisher kann jedoch nur ein Mikroobjekt im optischen Bereich unsichtbar gemacht werden.
Die Möglichkeit, ein Material mit einem negativen Brechungswinkel herzustellen, wurde bereits 1967 vom sowjetischen Physiker Viktor Veselago vorhergesagt, aber erst jetzt erscheinen die ersten Proben realer Strukturen mit solchen Eigenschaften. Aufgrund des negativen Brechungswinkels biegen sich die Lichtstrahlen um das Objekt und machen es unsichtbar. So bemerkt der Betrachter nur, was sich hinter dem Rücken der Person abspielt, die den „wunderbaren“Umhang trägt.
So stellte sich der Künstler die Gruppe Unsichtbarkeits-Nanocloak / Xiang Zhang, Berkeley Lab / UC Berkeley vor
Die jüngste Errungenschaft bei der Herstellung optischer Metamaterialien gehört russischen Wissenschaftlern von NUST MISIS. Darüber hinaus wurden bei den "Zutaten" am häufigsten Luft, Glas und Wasser verwendet. Die Arbeit von Wissenschaftlern wurde vom Verlag Nature in einer der am höchsten bewerteten Fachzeitschriften der Welt veröffentlicht.
Alexey Basharin, außerordentlicher Professor, NUST MISIS, Kandidat für technische Wissenschaften / NUST MISIS
"Es ist sehr teuer und schwierig, Metamaterialien im optischen Bereich zu untersuchen. Jede solche Probe kann Tausende von Euro kosten", sagte Alexei Basharin, Forscher am Labor für supraleitende Metamaterialien von NUST MISIS, Ph. D. „Darüber hinaus ist die Fehlerwahrscheinlichkeit beim Formen eines solchen Systems selbst bei Verwendung hochpräziser Werkzeuge sehr hoch. Wenn Sie jedoch ein Material in größerem Maßstab erstellen, bei dem keine optischen (400-700 nm), sondern Radiowellen (7-8 cm lang) vorhanden sind, ändert sich die Physik des Prozesses nicht von einer solchen Skalierung, sondern die Technologie ihrer Erstellung wird einfacher."
Die Autoren der Arbeit untersuchten die Eigenschaften der erzeugten Strukturen und zeigten, dass diese Art von Substanz mehrere praktische Anwendungen gleichzeitig hat. Erstens handelt es sich um Sensoren komplexer Moleküle, da letztere, die in das Feld eines Metamaterials fallen, zu leuchten beginnen. Auf diese Weise können sogar einzelne Moleküle bestimmt werden, was möglicherweise die Entwicklung beispielsweise der forensischen Forensik erheblich beeinflussen kann. Zusätzlich kann ein solches Metamaterial als Lichtfilter verwendet werden, der Licht einer bestimmten Länge von der einfallenden Strahlung trennt. Es ist auch als Grundlage für die Schaffung eines äußerst zuverlässigen Magnetspeichers anwendbar, da die Struktur der Zellen des Metamaterials verhindert, dass sie sich gegenseitig magnetisieren und dadurch Informationen verlieren.
