Metamateriali invisibili

Al centro delle proprietà dei metamateriali c’è la loro capacità di cambiare qualcosa noto come “indice di rifrazione”. La rifrazione è la deflessione della luce al passaggio da un mezzo trasparente a un altro. Se immergete le mani nell’acqua, o se guardate attraverso le lenti dei vostri occhiali, noterete che l’acqua e il vetro introducono una distorsione, modificando la normale traiettoria della luce.
La ragione per cui la luce viene deflessa quando passa nel vetro o nell’acqua sta nel fatto che entrando in un mezzo denso e trasparente la sua velocità diminuisce. La velocità della luce è costante nel vuoto assoluto, ma nel vetro, o nell’acqua, la luce deve interagire con migliaia di miliardi di atomi, e questo la rallenta. (Il rapporto tra la velocità della luce nel vuoto e la velocità della luce in un mezzo è detto indice di rifrazione.) Dato che nel vetro la luce rallenta, l’indice di rifrazione è maggiore di 1. Ad esempio, l’indice di rifrazione del vuoto è 1, quello dell’aria è 1,0003, quello del vetro è 1,5 e quello del diamante è 2,5. Di solito all’aumentare della densità del mezzo aumenta il suo potere di deflessione, e dunque il suo indice di rifrazione.
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Di solito l’indice di rifrazione è una costante. Un sottile fascio di luce che entra nel vetro viene deflesso, dopodiché continua a viaggiare in linea retta. Immaginate per un momento, però, di poter controllare a piacimento l’indice di rifrazione, rendendolo diverso in ogni punto del vetro. In un materiale del genere la luce si muoverebbe serpeggiando, e punterebbe in direzioni sempre diverse.
Se si potesse controllare l’indice di rifrazione all’interno di un metamateriale in modo tale da portare la luce a muoversi intorno ad un oggetto, quest’ultimo diventerebbe invisibile. Affinché ciò sia possibile il metamateriale deve avere un indice di rifrazione negativo, il che, come ci dicono tutti i libri di ottica, è impossibile.
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In linea generale, le strutture da inserire in un metamateriale devono avere dimensioni inferiori a quelle della lunghezza d’onda della radiazione. […] Tuttavia, affinché un oggetto sia invisibile alla luce verde la cui lunghezza d’onda è di 500 nm (nanometri), le strutture da inserire nel metamateriale non devono superare i 50 nm – e il nanometro è l’ordine di grandezza delle dimensioni atomiche, per le quali è necessario ricorrere alla nanotecnologia. […] E’ forse questo il problema principale da affrontare nel cercare di realizzare un vero mantello dell’invisibilità: per obbligare un raggio luminoso a muoversi come un serpente bisognerebbe modificare i singoli atomi di un metamateriale.

 

 

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