Μια από τις αγαπημένες σκηνές των παιδιών στην ταινία «Χάρι Πότερ» είναι αυτή που ο νεαρός ήρωας φορώντας τη μαγική κάπα που τον κάνει αόρατο αρχίζει να εξερευνά τα μυστικά δωμάτια του σχολείου μαγείας. Παραμύθια θα πείτε. Να όμως που η κατασκευή μιας τέτοιας κάπας που θα κάνει αόρατο όποιον τη φοράει, φαίνεται ότι πλησιάζει…
Την περασμένη εβδομάδα, δύο δημοσιεύματα σε επιστημονικά περιοδικά ανακοίνωναν τη δημιουργία στο εργαστήριο δύο τεχνητών υλικών τα οποία «καμπυλώνουν» το φως γύρω τους, εκτρέποντάς το σε διαφορετικές από την αρχική του διευθύνσεις, καθιστώντας έτσι τα αντικείμενα που βρίσκονται πίσω από αυτά τα υλικά, αόρατα.
Και οι δύο επιστημονικές ομάδες εργάζονται στο Πανεπιστήμιο Μπέρκλεϊ της Καλιφόρνιας και ανακοίνωσαν ταυτόχρονα τα αποτελέσματα των ερευνών τους στα περιοδικά Science και Nature. Η πρώτη μελέτη αφορά την κατασκευή ενός νανο-υλικού του οποίου η εσωτερική δομή θυμίζει μεταλλικό δίχτυ και το οποίο έχει την ιδιότητα να αντιστρέφει τη διεύθυνση του φωτός. Στη δεύτερη μελέτη χρησιμοποιούνται μικροσκοπικές μεταλλικές ράβδοι που επιτυγχάνουν το ίδιο αποτέλεσμα. Και τα δύο υλικά τελικά διαθέτουν ιδιότητες που δεν συναντώνται στη Φύση, όπως για παράδειγμα η αρνητική διάθλαση του φωτός. Ενα απλό παράδειγμα για να καταλάβουμε τι σημαίνει αυτό είναι πως αν συνέβαινε αρνητική διάθλαση του φωτός πάνω στο νερό, τότε θα μπορούσε κανείς να βλέπει ένα ψάρι που κολυμπάει μέσα σε αυτό σαν να βρίσκεται… πάνω από αυτό. Επιτυγχάνοντας την αντιστροφή της διεύθυνσης του φωτός, τα αντικείμενα πίσω από το εν λόγω υλικό καθίστανται αόρατα για τα μάτια του παρατηρητή.
Στρώματα μετα-υλικού
«Αυτό που κατάφεραν να φτιάξουν στο Μπέρκλεϊ είναι πολλά διαφορετικά στρώματα από αυτό το υλικό, έτσι ώστε να δημιουργηθεί μια κατασκευή που μοιάζει με μεταλλικό δίχτυ», εξηγεί στην «Κ» ο κ. Κώστας Σουκούλης, ερευνητής του Ινστιτούτου Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ του Ινστιτούτου Τεχνολογίας και Ερευνας στην Κρήτη, ο οποίος βραβεύτηκε το 2005 με το ευρωπαϊκό βραβείο Ντεκάρτ για την κατασκευή τέτοιων υλικών. «Στο Μπέρκλεϊ κατάφεραν να φτιάξουν δέκα στρώματα αυτού του μετα-υλικού (fishnet), ενώ εμείς είχαμε φτιάξει μόνο δύο».
Το 2006 επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Duke κατάφεραν για πρώτη φορά να φτιάξουν υλικά σε πολύ μικρή κλίμακα, τα οποία είχαν τη δυνατότητα να αντιστρέφουν το φως στο επίπεδο μικροκυμάτων. Τα μετα-υλικά αυτά λειτουργούν σαν κεραίες που αλληλεπιδρούν με το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο του εισερχόμενου φωτός, του οποίου την πορεία τροποποιούν. Στη συχνότητα του ορατού φωτός όμως τα πράγματα είναι πολύ πιο δύσκολα. Το ορατό φως αποτελείται από πολλά διαφορετικά μήκη κύματος, τα οποία είναι πολύ μικρότερα από το μήκος κύματος των μικροκυμάτων. Το μετα-υλικό αυτό θα έπρεπε να αλληλεπιδράσει με όλα τα μήκη κύματος, ή τα χρώματα, την ίδια στιγμή, κάτι που δεν μπορεί να επιτευχθεί ακόμα με την υπάρχουσα τεχνολογία. «Ο περιορισμός του υλικού είναι ότι δείχνει διάθλαση μόνο σε μια διεύθυνση. Χρειάζεσαι όμως τρισδιάστατα υλικά για να κάνεις κάτι πραγματικά αόρατο και χρειάζεται ακόμα πολλή δουλειά», εξηγεί ο κ. Κώστας Σουκούλης.
Σε πέντε χρόνια
«Είναι σαν να έχεις ένα βράχο μέσα στο ποτάμι και το νερό πέφτει γύρω του και από μια συγκεκριμένη οπτική γωνία δεν βλέπεις ότι το κύμα «διαθλάται». Νομίζεις ότι είναι επίπεδο. Η δυσκολία στα οπτικά μήκη κύματος είναι ότι δεν μπορείς να καλύψεις όλες τις πλευρές», λέει ο κ. Σουκούλης. Το βασικό πρόβλημα των μετα-υλικών είναι οι απώλειές τους. Το μέταλλο «διώχνει» βέβαια το 90% ή το 99% της ενέργειας -με τη μορφή φωτός- που πέφτει σε αυτό, όμως αυτό που περισσεύει είναι τόσο σημαντικό, ώστε να μην έχουμε το φαινόμενο της αορατότητας. Η ομάδα του κ. Κώστα Σουκούλη προσπαθεί να εγγράψει μια εσωτερική δομή με λέιζερ σε ένα πολυμερές υλικό, την οποία θα επικαλύψει στη συνέχεια με μέταλλο ώστε να δημιουργήσει τρισδιάστατα υλικά τα οποία θα εξαφανίζονται μέσα στο φως. «Νομίζω ότι σε πέντε χρόνια μπορούμε να το πετύχουμε», λέει ο ίδιος.
Οι δυνατότητες των μετα-υλικών δεν φαίνεται να έχουν τέλος, αφού η τεχνολογία τους αναμένεται να είναι εφαρμόσιμη σε όλα τα είδη ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, μεταξύ αυτών και στον ήχο. «Τα μετά-υλικά θα είναι χρήσιμα σε πρώτη φάση για την κατασκευή κεραιών για κάθε χρήση. Μπορείς να μικρύνεις διάφορες συσκευές, όμως το βασικό στοιχείο είναι πολύ καλύτερες δομές σε τσιπάκια που θα είναι πιο ελαφριά αφού χρησιμοποιείς μέταλλο και πλαστικό», λέει στην «K» ο κ. Σουκούλης.
Ο πρώτος στόχος των επιστημόνων είναι να φτιάξουν οπτικά μικροσκόπια που θα μπορούσαν να διακρίνουν βιολογικές δομές, όπως ιούς. Ομως η σκέψη όλων βρίσκεται στην κατασκευή ενός μανδύα ο οποίος θα μπορεί να κρύψει οτιδήποτε, όπως για παράδειγμα ένα στρατιωτικό αεροπλάνο. Και από εδώ αρχίζουν τα δύσκολα (και επικίνδυνα) σενάρια…