ステルス材料の新しい技術の応用は服装の分野で完全にステルスさせる

ロストク大学の科学者たちはウィーン工業大学のパートナーと密接に協力し、必要に応じて人工材料を透明にしたり、完全に隠したりすることができる新しい技術を開発した。彼らの発見は最近有名な「科学的進展」誌に発表された。

あるものをステルスにするのはSF小説ではよく見られる、例えば『ハリー・ポッター』のステルスマント。もちろん、それはクールに聞こえますが、物語の中でよく見られる理由は、信じられないほど有用な技術になるからです。スパイ活動や軍事面での用途は明らかだが、さらに多くの応用がある。

その大きな有用性を考えると、科学者やエンジニアはこれを積極的に研究してきたが、これは驚くべきことではないかもしれない。彼らもかなりの進展を遂げ、三酸化モリブデン、メタマテリアル、超薄膜、誘電体材料を用いてステルスマントを製造した。これらはすべて適切な方法で光を操作することに帰結し、特に驚くべきことに、この分野の革新はセンサー、電気通信、暗号化、その他の多くの技術を大幅に強化することもできる。

宇宙、最後のフロンティア……連邦星艦エンタープライズ号は銀河系を探索する任務を続けていたが、その時、すべての通信ルートが突然、貫通できない星雲に切断された。象徴的なドラマ「スタートレック」の多くのエピソードの中で、勇敢な乗員たちはわずか45分の放送時間内に「技術で技術を解決する」と「科学で科学を解決する」必要がある。彼らの実験室ではかなりの時間がかかったが、ロストク大学の科学者チームは、歪みを生じることなく正確に調整されたエネルギー流を通して光信号を伝えることができる新しい人工材料の設計方法を開発することに成功した。

「光が不均一な媒質を伝播すると、散乱を経験する」とロストク大学物理研究所のAlexander Szameit教授は、「この効果は迅速にコンパクトな指向性ビームを拡散光に変換し、私たち全員が夏の雲と秋の霧に慣れている。注目すべきは、材料の微視的密度分布が散乱の具体的な詳細を決定することである。透明を誘導する基本的な考えは、あまり知られていない光学特性を利用してビームのために道路を掃くことであり、このように言うことができる」と述べた。

この2つ目の特性は、フォトニクスの分野では非定常性の神秘的なタイトルで知られ、エネルギーの流れ、あるいはより正確にはビームの増幅と減衰を記述している。直感的に言えば、相関効果は望ましくないようだ。特に吸収によるビーム減衰は、信号伝送を改善するタスクに大きな反作用を持つようだ。しかし、非エルメ効果は現代光学の重要な側面となっており、損失と増幅の複雑な相互作用を利用して高度な機能を実現するために、研究分野全体が努力している。

この論文の第1著者で博士課程生のAndrea Steinfurth氏は、「この方法は新たな可能性を切り開いた。1本の光については、いかなる劣化の発生も相殺するために、ミクロレベルでビームの特定の部分を選択的に拡大または抑制することができる。星雲の画面に残るために、その光散乱特性は完全に抑制されることができる。特定の光信号をできるだけ伝送するように材料を積極的に修正しています。そのためには、エネルギー流は正確に制御されなければならないので、パズルの破片のように材料や信号と結合することができます」

ウィーン工業大学のパートナーと緊密に協力することで、ロストク大学の研究者はこの挑戦に成功した。彼らの実験では、光信号と新しく開発された活物質とのミクロ相互作用を1キロの光ファイバネットワークで再現し、観察することができた。

実際、誘導性透明性はこれらの発見がもたらす魅力的な可能性の1つにすぎない。もし本当に1つの物体を消失させるには、散乱を防ぐだけでは足りない。逆に、光波はその後ろに全く干渉されずに現れなければならない。しかし、宇宙の真空中でも、回折だけでいかなる信号もその形状を必然的に変えることができることを保証することができる。「我々の研究は、この材料とそれが占有する空間領域が存在しないかのように、ビームが通過するときに材料を構築するための処方を提供している。ロミュロン人の架空のステルス装置でもそれはできない」と共同著者のMatthias Heinrich博士は言う。これはまた『スタートレック』の最後の辺境に戻った。

この仕事での発見は非エルミフォトニクス基礎研究の突破を代表し、敏感な光学系の能動的な微調整のために新しい方法、例えば医療用のセンサを提供した。他の潜在的な応用としては、光暗号化と安全なデータ伝送、およびカスタム属性を持つ多機能人工材料の合成が挙げられる。