Två forskarlag har gjort strukturer som kan hjälpa till att dölja föremål från dagsljus – ta nästa steg mot att göra det synliga, osynlig. De senaste framstegen bygger på framsteg inom så kallade metamaterial, som är mikroskopiska strukturer som böjer ljus i onaturliga riktningar.

Metamaterial har redan lyckats omdirigera mikrovågor, infraröd strålning och, under de rätta omständigheterna, synliga färger, så att de går runt metallhinder och levande varelser.

"Dessa experiment har visat den underliggande fysiken hos en cloaking-anordning, sa professor Costas Soukoulis från Foundation for Research and Technology i Heraklion, Grekland, som också arbetar med att utveckla denna teknik genom ett forskningsprojekt som heter PHOTOMETA, finansierat av EU:s europeiska forskningsråd (ERC).

Men professor Soukoulis erkände att befintliga osynlighetskappor fortfarande inte uppfyller de standarder som Perseus eller Harry Potter ställt upp och sa att "de flesta metamaterial fortfarande kämpar för att böja ljus som är synligt för blotta ögat".

En ytterligare brist är metamaterialens tendens att absorbera en del av ljuset som lyser genom dem, som kastar en igenkännbar skugga. De flesta är också besvärliga att bära och opraktiska att tillverka.

Dock, Dr Patrice Genevet från CRHEA forskningscenter i Valbonne, Frankrike, hoppas kunna möta dessa utmaningar genom att använda lätta material och visuella tekniker från den elektroniska displayindustrin.

Som en del av hans ERC-finansierade forskning, FLIGHT, Dr Genevet belägger platta linser med hudtunna lager av galliumnitrid, materialet som avger blått ljus i LED-skärmar.

Galliumnitriden skärs sedan in i pelare som är tillräckligt små för att skapa förseningar i hur ljusvågor flödar genom dem. Efter att ha studerat hur olika formade pelare förvränger ljus, Dr Genevet kan nu designa linser som tvingar ljus åt alla håll, ögla den i sidled eller bakåt på begäran.

Alla metamaterial kan åstadkomma liknande bedrifter, men elektroniska material som galliumnitrid är ovanliga eftersom de gör det med synligt ljus. Materialets egenskaper ger potentialen att en dag utveckla en verklig cloaking-enhet.

"Om du vill böja ljus runt skarpa vinklar, du måste använda material som inte finns i naturen, sa Dr Genevet.

Medan konventionella metamaterial tenderar att vara olämpliga för att förflytta sig obemärkt, Dr Genevet skapar sina pelare i tunna lager som kan i princip, Deponeras på flexibla ytor och införlivas i smygdräkter.

Han har också minskat ljusabsorptionen genom att optimera utformningen av sina pelare, öka den optiska överföringen av hans platta linser från 60 % till nästan 90 %, och undersöker nu om galliumnitrid kan ersätta de återstående förlusterna genom att sända ut eget ljus.

Dessa förbättringar är i ett tidigt utvecklingsstadium, men tekniken hittar redan tillämpningar på andra marknader där vikt är en kostnad.

Till exempel, ombord på Europeiska rymdorganisationens rymdobservatorium, rymdfarkosten Gaia använder liknande material i sina ansträngningar att dela ljus och hjälpa till att mäta stjärnornas sammansättning mer exakt.

Dr Genevet förväntar sig att arbetet med etablerade tekniker i slutändan kommer att göra det möjligt att massproducera platta linser mer ekonomiskt än de tredimensionella metamaterial som finns tillgängliga idag.

Kamouflage

Trots alla deras förtjänster, galliumnitridpelare delar ett designfel med de flesta andra metamaterial. Varje uppsättning av pelare fungerar bara inom ett smalt färgintervall, vilket innebär att föremålet som den täcker förblir synligt i alla andra.

Under tiden, Prof. Soukoulis arbetar med strategiska lösningar på grundläggande frågor av denna karaktär. Tidigare i år, han avslöjade en strontium-titanium-legering som ändrar ljusets frekvens och kan styra det beroende på omgivningstemperaturen.

"Denna kameleontstrategi skulle fortfarande bara dölja ett föremål till en färg i taget, men vi kunde välja den färgen på begäran, ' han sa.

Med tanke på den nuvarande utvecklingstakten, Prof. Soukoulis är övertygad om att pågående forskning om cloaking-anordningar kommer att fortsätta att övervinna tekniska hinder, men han är spänd på vilka upptäckter som kan dyka upp på vägen.

"Med samma teknik, metamaterial kan leda ljus runt känsliga organ under laserkirurgi, och samla in signaler från källor så svaga som levande virus, sa prof. Soukoulis.