Bude možná výroba neviditelných materiálů?
Tým výzkumníků z Harvardské univerzity vyvinul v projektu podporovaném Kanceláří vědeckého výzkumu US Air Force výrobní proces, který může být použit pro výrobu materiálů s vlastnostmi neviditelnosti.
Podle informace Harvard’s School of Engineering and Applied Sciences, kterou přinesl britský magazín The Engineer byly odstraněny významné překážky ve vývoji pokročilých materiálů, ohýbajících světlo nekonvenčními způsoby, označovaných jako tzv. metamateriály. Výzkumníci využili výkonný laser s extrémně krátkou vlnovou délkou aby vytvořili trojrozměrné vzorky na miniaturních tečkách stříbra v materiálu, o němž se předpokládá, že umožní výrobu futuristických optických zařízení, která se budou zdát jako neviditelná a fungovat podobně jako např. mytický „plášť neviditelnosti“.
Proces popsaný v časopise Applied Physics Letters přenáší kovovou litografii v nanorozměrech do tří dimenzí – a s rozlišením dostatečně vysokým pro praktické metamateriály.
„Když chcete hrubý metamateriál viditelný v infračerveném světle, potřebujete vložit částečky zlata nebo stříbra do dielektrika a udělat to ve 3D s vysokým rozlišením. Tento experiment demonstruje, že dokážeme vytvořit stříbrné body nespojité v osách X, Y, a Z. Není žádná jiná technika, která by to umožňovala. Schopnost vytvořit takovéto vzorky nanostruktur ve 3D je velkým krokem kupředu k výrobě metamaterilů,“ vysvětluje princip vedoucí výzkumného týmu Kevin Vora, postgraduální student na Harvardské škole techniky a aplikovaných věd.
Výzkumníci použili femtosekundový laser, aby prozkoumali jak dokáže velmi tenký těsně zaměřený mocný proud světla změnit elektrické, optické a fyzikální vlastnosti materiálu. Zatímco konvenční laser svítí na průhledný materiál a světlo jím prochází přímo s lehkou refrakcí (odklonem), femtosekundový laser je speciální, protože emituje svazek fotonů jasný jako povrch slunce ve výboji trvajícím pouze 50 kvadriliontin sekundy. Namísto prosvícení materiálu je energie zachycena uvnitř něj, a vybuzuje elektrony v materiálu, čímž se dosahuje jevu označovaného jako nelineární absorbce. V „kapse“ kde je uzavřena energie, dochází k chemické reakci permanentně měnicí vnitřní strukturu materiálu.
V procesu tým zkombinoval dusičnan stříbrný, vodu a polymer s označením PVP v roztoku, který byl zahřát na skleněné desce. Polymer pak obsahoval ionty stříbra, které přiměly úzce směrované laserové výboje ke zformování nanokrystalů stříbrného kovu na polymerové matricí.
Při předchozí práci nebyla potřeba částečné kombinace chemikálií ve správné kombinaci zřejmá. Vědci někdy kombinují dusičnan stříbrný s vodou, aby získali stříbrné nanostruktury, ale tento proces nevede ke strukturální podpoře ve 3D. Jiný proces kombinuje dusičnan stříbrný, vodu PVP a ethanol, ale vzorky při vytváření krystalků stříbra v polymeru tmavnou a velmi rychle degradují. S etanolem probíhá reakce příliš rychle a nekontrolovatelně, zatímco Mazurův tým potřeboval krystaly v nanometrickém měřítku, izolované a rozmístěné trojdimenzionálně s vysokou přesností. „Měli jsme štěstí, byla to otázka odstranění reagentu. Největším překvapením bylo, jak jednoduché to je – stačilo toho prostě použít méně“, komentoval úspěch experimentátorů Kevin Vora.
609
