科学者や研究者が光波を操作して物質を隠したり見えなくしたりする技術を研究しており、おそらく近い将来、肉眼では見えなくなる製品が発見されることをご存知ですか?
メタマテリアルの分野では、電磁波が光を反射したり屈折させたりすることなく物体を通過できるようにするために、電磁波の自然的および物理的特性を歪める方法が提案されています。
これがどのように機能するかを理解するには、糸で構成された布地に光線が当たることを考えてください。この素材に到達した波は糸を通って伝わりますが、生地の空間や空洞を通ることはありません。このマテリアルに穴を開け、その空間にオブジェクトを配置すると、光は穴の周りを回り、穴と割り当てられたオブジェクトを無視してそのパスに戻ります。
これがメタマテリアルの仕組みの背後にある考え方です。合成的かつ人工的に作られたそれらは、例えば光が物体の周りを回り、その過程で反射したり影を作ったりすることなく物体の後ろの経路に戻ることを可能にするような方法で電磁波を曲げることができる特性を持っています。
メタマテリアルと波長
電磁波を操作するには、使用するメタマテリアルが問題の波長よりも小さい必要があります。これらの波は一般的にすでにナノメートルオーダーの寸法を持っているため、科学者はこれらの波を歪ませて物体の周囲を周回させるのに十分な大きさのメタマテリアルを作成する必要があります。
このため、メタマテリアルの応用は、ナノテクノロジーの発展と、より短波長の材料でナノ構造を製造できるかどうかに直接依存しています。たとえば、可視光の範囲で波を伝導するには、メタマテリアルが 50 ナノメートルの構造に達する必要があります。
この分野の最先端の実験では、100 nm の材料が作成されましたが、まだ物体が完全に見えなくなるわけではありませんが、すでに一部の色を屈折させることができます。これは、私たちがハリー・ポッターのような透明マントを手に入れるのが遠くないこと、そしてそのために魔法さえ必要ないことを示しています。
メタマテリアルのその他の応用
メタマテリアルに関して私たちが最初に考えるのは不可視性ですが、ナノテクノロジーは無線や超音波などの他の電磁波を操作するのにも役立ちます。軍事、電気通信、さらには医療など、さまざまな分野でメタマテリアルが異なる用途に使用され、活動にさまざまな利点がもたらされる可能性があります。
メタマテリアルの使用と電磁波の操作に関して研究されている可能性のいくつかを以下に示します。
1. 電気通信
携帯電話や無線インターネット信号は、障害物によって周波数を失うことなく、より優れた範囲とパフォーマンスを実現できる可能性があります。メタマテリアルは、新しい高速光ファイバー ネットワークにも使用できる可能性があります。
2. 医学
超音波検査では、これらの波を光信号に変換するメタマテリアル技術の恩恵を受けることができ、これにより、体内をより正確かつ詳細に観察できるようになります。
3. コンピューティング
ナノ構造チップは、サイズを縮小しながらもデータ処理速度を向上させることができます。
4. エネルギー生産
メタマテリアルで作成された構造は、現在使用されているパネルよりも小さなパネルで太陽光線を捕捉し、太陽エネルギーを生成することに貢献する可能性があります。
5. カメラと監視システム
マイクロ波で圧縮された画像を使用する、レンズや可動部品のないカメラは、たとえば空港のセキュリティゲートに代わる可能性があります。一般に、デジタル カメラはメタマテリアルの恩恵を受けて、これまでにない新しい方法で光を記録できる可能性があります。
ソース