Osynlighet är en överlägsen självskyddsstrategi av mångårigt intresse för akademi och industri, även om konceptet hittills är mest populärt inom science fiction. I en ny rapport om Vetenskapliga framsteg , Su Xu och kollegor inom teknik, nanoteknik, nanobionik och kvantinformation i Kina inspirerades av det naturliga ekologiska förhållandet mellan transparenta oceaniska djur och deras rovdjur som använder en strategi för detektering av korsvåglängder. Forskarna föreslog ett nytt koncept av osynlighet över korsvåglängd som integrerade en mängd olika osynlighetstaktiker. De presenterade en booleskt metamaterials designstrategi för att balansera olika materialbehov över tvärskaliga våglängder. Som bevis på konceptet, de demonstrerade samtidigt långvågskappning och kortvågstransparens med en nanoimprinting -teknik. Arbetet utökade smygtekniker från individuella osynlighetsstrategier inriktade på ett enda våglängdsspektrum till integrerade osynlighetsriktade korsvåglängdsapplikationer. Dessa experiment kommer att bana väg för att utveckla integrerade metadevices över korsvåglängd.

Att bli transparent

Att låta ljus passera genom kroppen är en överlägsen självförsvarsstrategi i havet för mellanvattenorganismer. Till exempel, amfipod kräftdjur Cystisoma är mestadels transparent åt sidan för vissa nödvändiga organ inklusive ögon för att undvika upptäckt av rovdjur. Dock, några rovdjur kan fortfarande upptäcka och framgångsrikt attackera transparent byte på grund av deras tvärspektrala syn. Om bytet kunde dölja sig helt genom att balansera interaktionen mellan byten och rovdjuret för att övervinna rovdjurs tvärspektrala syn, deras överlevnad kommer att vara mycket högre. Xu et al. var bioinspirerade av detta ekologiska förhållande när de föreslog ett koncept med osynlighet över korsvåglängd som samtidigt integrerade långvågskappning och kortvågstransparens. Den nya strategin kompletterar befintliga vanliga strategier för kameleontliknande adaptiv kamouflage och den vågomgåande osynlighetsmanteln. I det här arbetet, forskare bryter det befintliga ekologiska förhållandet genom att försöka dölja det transparenta bytet för sina rovdjurs tvärspektrala syn. Som ett resultat, denna osynlighetsfilosofi kommer att ha betydelse för praktisk smygteknik.

Strategin som föreslås här syftar till att förverkliga begrepp som hittills förblivit rotade i science fiction. Till exempel, Xu et al. föreställa sig deras osynlighetsfilosofi för att bidra till utvecklingen av en futuristisk, transparenta smygflygplan i labbet, där piloter fritt kan se sin omgivning utan detektion via mikrovågsradarsystemet. Teamet konstruerade den experimentella enheten med hjälp av mikroskopiska silver/nickeltrådar för att säkerställa extremt låg optisk konduktivitet med nanoimprinting -tillverkning. Resultaten visade en optisk transparens från 400 nm till 760 nm, och signifikant minskad spridning i mikrovågsregimen från 6 till 10 GHz. Teamet kunde tränga igenom den genomskinliga kappan med synligt ljus (blå och gula strålar) med försumbar förlust, låta den interna observatören fritt se utanför. Teamet konstruerade den optiskt transparenta mikrovågs osynlighetsmanteln med två metasytor präglade på flexibla polyetylentereftalatfilmer (PET) och isolerade med en böjd PET -distans. Metasytans inre lager fungerade som en perfekt elastisk ledare (PEC) gräns, medan externa ringresonatorer på metasytan gav korrekt faskompensation och amplitudbevarande effekter.

Konstruera det elektromagnetiska svaret och utveckla den optiskt transparenta mikrovågskappan

Xu et al. konstruerade det elektromagnetiska svaret för mikrovågs osynlighet enligt den generaliserade Snells lag och använde åtta typer av ringresonatorer för att bygga kappan. Att designa enhetsceller ensam för mikrovågs osynlighet var otillräckligt för att inse korsvåglängd osynlighet. Därför, laget antog en booleskt metamaterialdesignstrategi för att slå samman metastrukturer för att uppnå integrerad enkelbandsfunktion. För att åstadkomma detta, de integrerade metastrukturerna för mikrovågsregimen och den synliga regimen genom att anta en boolsk logisk multiplikation (betecknad med ∧ eller AND) i en integrerad krets. De integrerade metastrukturerna var lika med det makroskopiska metalliska nätverket som bildas av kartlagda mikroskopiska metalltrådar som uppvisar en extremt hög lokal elektrisk konduktivitet samtidigt som de bevarar en extremt låg global optisk konduktivitet.

För att konstruera den optiskt transparenta mikrovågskappan, laget valde en avancerad nanoimprinting-teknik som gav en stor yta för att dölja makroskopiska föremål och möjliggjorde högprecisionstillverkning av de mikroskopiska metalltrådarna i mikroskala. De utförde optisk karakterisering av det yttre lagret med hjälp av skanningelektronmikroskopi (SEM). Forskarna utvecklade konturen av den mikroskopiska ringresonatorn med metalliska cirkulära trådar och orienterade flera kortslutningstrådar längs radiell riktning för att ansluta de cirkulära metalltrådarna. Teamet genomförde ett fälttest för att experimentellt bevisa den optiska genomskinliga synen för den optiskt transparenta kappan jämfört med direkta observationer utan kappan för att låta användaren se igenom kappan med minimal distorsion.

Smygteknik

Forskarna experimentellt visade mikrovågsugnets kapslingsprestanda under transversal elektrisk (TE) och tvärgående magnetisk (TM) polariserad förekomst och studerade den totala spridningsreduktionen av provet över olika frekvenser. Fasen och amplituden för vågen som reflekteras från kappan var ungefär som vågen som reflekterades från markplanet, orsakar en väsentlig minskning av den totala spridningen. På det här sättet, kappan minskade objektets totala spridning utanför frekvensområdet från 6 till 10 GHz. Resultaten visade uppnåendet av osynlighet över korsvåglängden med bevarad amplitud och oförvrängd fas vid mikrovågsfrekvenser, vid sidan av omnidirektionell transparens över det synliga spektrumet. Jämfört med mattmantlar som utvecklats tidigare, detta arbete presenterade en experimentell demonstration för att uppnå osynlighet över tvärvåglängdsregioner genom att kombinera flera osynliga system. Stealth -tekniken som beskrivs här blir mer tillgänglig med avancerad nanofabriceringsteknik.

Genom att kombinera långvågskappning och kortvågstransparens i detta arbete, Su Xu och kollegor tillät ögonen på ett smygsystem att tydligt observera den yttre världen, medan de fortfarande inte upptäcks. Jämfört med befintliga metoder för elektromagnetisk vågkontroll, den booleska metamaterialdesignen gav en strategi för att kombinera olika osynlighetsstrategier för osynlighetsintegrering över korsvåglängd. Arbetet inkluderar integrerade logikkretsar och banar väg för att realisera multifunktionella eller multifysiska enheter inom kompakta dimensioner.

© 2020 Science X Network