Ett par forskare vid Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) beskriver ett sätt att få en cylinder i submikronstorlek att försvinna utan att använda någon specialiserad beläggning. Deras resultat kan möjliggöra osynliggörande av naturliga material vid optisk frekvens och så småningom leda till ett enklare sätt att förbättra optoelektroniska enheter, inklusive avkännings- och kommunikationsteknik.

Att göra föremål osynliga är inte längre fantasin utan en vetenskap som utvecklas snabbt. "Osynlighetskappor" som använder metamaterial – konstruerade material som kan böja ljusstrålar runt ett föremål för att göra det omöjligt att upptäcka – finns nu, och börjar användas för att förbättra prestandan hos satellitantenner och sensorer. Många av de föreslagna metamaterialen fungerar dock bara vid begränsade våglängdsområden såsom mikrovågsfrekvenser.

Nu, Kotaro Kajikawa och Yusuke Kobayashi från Tokyo Techs Department of Electrical and Electronic Engineering rapporterar ett sätt att göra en cylinder osynlig utan mantel för monokromatisk belysning vid optisk frekvens – ett bredare våglängdsområde, inklusive de som är synliga för det mänskliga ögat.

De undersökte först vad som händer när en ljusvåg träffar en tänkt cylinder med oändlig längd. Baserad på en klassisk elektromagnetisk teori som kallas Mie-spridning, de visualiserade förhållandet mellan cylinderns ljusspridningseffektivitet och brytningsindex. De letade efter en region som indikerar mycket låg spridningseffektivitet, som de visste skulle motsvara cylinderns osynlighet.

Efter att ha identifierat en lämplig region, de fastställde att osynlighet skulle inträffa när cylinderns brytningsindex varierar från 2,7 till 3,8. Några användbara naturmaterial faller inom detta intervall, såsom kisel (Si), aluminiumarsenid (AlAs) och germaniumarsenid (GaAs), som vanligtvis används inom halvledarteknik.

Således, i motsats till de svåra och kostsamma tillverkningsprocedurer som ofta förknippas med exotiska metamaterialbeläggningar, det nya tillvägagångssättet skulle kunna ge ett mycket enklare sätt att uppnå osynlighet.

Forskarna använde numerisk modellering baserad på Finite-Difference Time-Domain-metoden (FDTD) för att bekräfta förutsättningarna för att uppnå osynlighet. (Se bild/animation.) Genom att ta en närmare titt på magnetfältsprofilerna, de drog slutsatsen att "osynligheten härrör från upphävandet av dipolerna som genereras i cylindern."

Även om rigorösa beräkningar av spridningseffektivitet hittills endast har varit möjliga för cylindrar och sfärer, Kajikawa noterar att det finns planer på att testa andra strukturer, men dessa skulle kräva mycket mer datorkraft.

För att verifiera de nuvarande resultaten i praktiken, det borde vara relativt enkelt att utföra experiment med små cylindrar gjorda av kisel och germaniumarsenid. Kajikawa säger:"Vi hoppas kunna samarbeta med forskargrupper som nu fokuserar på sådana nanostrukturer. Sedan, nästa steg skulle vara att designa nya optiska enheter."

Potentiella optoelektroniska tillämpningar kan innefatta nya typer av detektorer och sensorer för medicin- och flygindustrin.