Att gå in i en osynlig dörröppning för att ta ett tåg på King's Cross-stationen i London är en berömd fiktiv scen från Harry Potter-serien. Under de senaste decennierna, fysiker har försökt åstadkomma en liknande effekt genom att fokusera sina forskningsansträngningar på illusionsanordningar.

Illusionsenheter är enheter som kan ändra objektens optiska egenskaper så att de matchar andra virtuella objekts eller göra dem till synes osynliga, skapar en illusion. Två vanliga typer av illusionsenheter är superspridare och osynliga gateways. Den första är designad för att sprida ljus och den andra för att studsa tillbaka ljusstrålar genom en fysisk gateway.

Ur en teoretisk synvinkel, super-scatterers och osynliga gateways har hittills främst studerats i samband med transformationsoptik och vikta geometritransformationer (dvs. det visuella, illusorisk omvandling av föremål till andra föremål). Experimentellt realisera dessa enheter, dock, kräver användning av metamaterial med specifika egenskaper (t.ex. en negativ permittivitet och permeabilitet) som kan vara svår att använda i tillverkningsprocesser.

Forskare vid Nanjing University och Xiamen University i Kina har nyligen använt ett metamaterial med en samtidigt negativ permittivitet och permeabilitet för att skapa en av de första stora superspridarna. I deras papper, publicerad i Fysiska granskningsbrev , de visar den här enhetens superspridningseffekt vid mikrovågsfrekvenser med hjälp av fältkarteringsteknik.

"Den osynliga gatewayen baserad på en perfekt lins har bara ett kretsbaserat experiment, "Huanyang Chen, en av forskarna som genomförde studien, berättade för Phys.org. "Vår motivation var att realisera en verklig osynlig gateway för elektromagnetiska vågor baserat på en tidigare utvecklad teori. Vi kunde färdigställa den här enheten i professor Rui-Xin Wus labb, tio år efter att vi började arbeta mot detta mål."

Fysiker hade tidigare inte kunnat verifiera stopp av vågutbredning och andra superspridningseffekter i illusionsanordningar. För att demonstrera superspridningseffekten av den stora metamaterialsuperspridaren insåg de, Chen och hans kollegor använde mikrovågsfältskartläggningsteknik.

"Den här tekniken gjorde det möjligt för oss att direkt observera vågutbredningen inom superspridaren, "Prof Wu, en annan forskare som är involverad i studien, berättade för Phys.org. "Med hjälp av mikrovågsfältskartläggning, vi observerade vågmönstret för ett stort metallföremål vars storlek är större än den verkliga storleken på superspridaren och den förbjudna vågutbredningen i en stor gateway som inkluderar en superspridare av metamaterial."

Resultaten som samlats in av detta team av forskare bekräftar att superspridning härrör från excitation av ytplasmoner, en hypotes som introducerats i tidigare artiklar. Dessutom, Chen, Prof. Wu och deras kollegor visade att en osynlig gateway kunde stoppa elektromagnetiska vågor i en luftkanal med en bredd som är mycket bredare än avskärningsbredden för motsvarande rektangulära vågledare.

Den senaste tidningen publicerad i Fysiska granskningsbrev ger den första direkta observationen av superspridningseffekten i metamaterial. Denna observation kan i slutändan inspirera till designen av nya illusionsenheter baserade på en liknande design som den som forskarna realiserade.

"Vårt papper visar ett verkligt fall av superspridning, men bara för ett smalt band av arbetsfrekvenser, " sade Chen. "Dessutom, dörröppningen kan växlas från ett normalt öppet tillstånd till ett osynligt stängt läge genom att justera det applicerade magnetfältet. Vårt arbete kommer sannolikt att inspirera till mer forskning om illusionsanordningar för mikrovågor. Dessutom, i framtiden, det kan också vara möjligt att utöka konceptet till akustiska vågor eller till och med havsvågor."

© 2021 Science X Network