Áo tàng hình trên một con chip

Một đội nghiên cứu ở Mĩ vừa tạo ra một ma trận áo tàng hình gồm hơn 25.000 áo tàng hình nhỏ xíu. Đây là ma trận đầu tiên thuộc loại này và nó hoạt động trong ngưỡng tần số nhìn thấy. Từng áo tàng hình nhỏ có thể dùng làm bộ cảm biến sinh học, còn toàn ma trận có thể dùng để kiểm tra hiệu quả của từng áo tàng hình và là một phương pháp nghiên cứu sự thao tác ánh sáng trên chip.

Tính chất quang học của các chất liệu được đặc trưng bởi cách chúng phản ứng với điện trường và từ trường ngoài. Ở các siêu chất liệu – nhất là những chất liệu được cấu trúc đặc biệt có những tính chất quang học không tìm thấy trong tự nhiên – những tính chất này được xử lí sao cho ánh sáng tránh đi vùng không gian bị tàng hình. Nhưng một cách dễ hơn đạt được một hiệu ứng giống như vậy là sử dụng “bộ dẫn sóng quang” – một cấu trúc, ví dụ như sợi quang, dẫn các sóng quang học bằng sự phản xạ nội toàn phần.

Đây là cái khiến nhà nghiên cứu Vera Smolyaninova và các đồng sự tại trường Đại học Towson và Đại học Maryland bắt tay vào nghiên cứu hồi ba năm trước. Họ đặt một thấu kính tráng vàng lên trên một miếng mỏng thủy tinh tráng vàng, khi đó khu vực giữa hai bề mặt tác dụng làm bộ dẫn sóng. Hai bề mặt vàng tạo ra một “bộ dẫn sóng tốt”, theo Smolyaninova cho biết. Đội khoa học tìm thấy ánh sáng truyền vòng qua không gian nơi hai bề mặt tiếp xúc.

Ảnh thể hiện ánh sáng truyền đi như thế nào qua ma trận lục giác – những khu vực tàng hình là những vòng tròn đen, với ánh sáng truyền từ trái sang phải. Đường đứt nét là ba trục đối xứng chính của cấu trúc lục giác. (Ảnh: JP/ Smolyaninova, Smolyaninov và Ermer)

Theo các nhà nghiên cứu, những áo tàng hình kiểu này có thể dùng để “bẫy” ánh sáng – làm nó chậm đi, hoặc thậm chí ngừng lại, tạo ra cái gọi là “cầu vồng bị bắt giữ”. Cầu vồng bị bắt giữ được nhìn thấy khi những bước sóng ánh sáng khác nhau – nghĩa là màu sắc ánh sáng khác nhau – bị dừng lại ở những bán kính hơi khác nhau một chút bên trong thấu kính. Nay cũng đội nghiên cứu trên đã tạo ra hàng nghìn áo tàng hình như thế này – với mỗi áo tàng hình đường kính khoảng 30 μm – cùng nằm trên một tấm vàng. Mỗi vi thấu kính bẻ cong ánh sáng vòng quanh nó, làm che đi vùng không gian mà nó chứa bên trong. Ma trận áo tàng hình trên được chế tạo bằng những ma trận vi thấu kính có sẵn trên thị trường có tráng màng mỏng bằng vàng dày 30 nm. Ma trận này được đặt, với bề mặt vàng hướng xuống, lên trên một miếng thủy tinh tráng vàng, và người ta chiếu một chùm tia laser vào ma trận để kiểm tra hiệu quả của các áo tàng hình ở những góc độ khác nhau.

Một trong những mục tiêu chính của nghiên cứu này, theo Smolyaninova, là tìm hiểu xem các áo tàng hình bội “gây nhiễu” với nhau như thế nào và vùng lân cận của mỗi áo tàng hình ảnh hưởng như thế nào đến đường đi của ánh sáng qua ma trận đó. Các nhà nghiên cứu tìm thấy trong khi các áo tàng hình hoạt động tốt khi ánh sáng chiếu dọc theo các cột áo tàng hình micro, thì ánh sáng tới những ở góc khác nhau hay sự mất đối xứng một chút trong thiết kế ma trận gây ra bóng đổ và sự tán xạ làm cho các khiếm khuyết trở nên nhìn thấy rõ ràng. “Vì có sự tương tác vật chất-ánh sáng nhờ mỗi cầu vồng,” Smolyaninova giải thích, “nên chúng tôi có thể nhìn thấy rõ ánh sáng truyền đi qua ma trận như thế nào. Vì thế, đây có thể là một cách kiểm tra các sai sót của áo tàng hình.”

Một ứng dụng hấp dẫn cho ma trận áo tàng hình này có thể là trong lĩnh vực sinh cảm biến nhận dạng các chất liệu bằng kĩ thuật quang phổ học huỳnh quang – nhận dạng dựa trên lượng ánh sáng bị chất liệu hấp thụ và sau đó phát xạ trở lại. “Trong ma trận của chúng tôi, ánh sáng bị dừng lại tại ranh giới của mỗi áo tàng hình, nghĩa là chúng tôi quan sát cầu vồng bị bắt giữ tại rìa của mỗi áo tàng hình. Điều này có nghĩa là chúng tôi có thể phân tích “quang phổ trên con chip” và khảo sát sự huỳnh quang ở hàng nghìn điểm với chỉ một lần phân tích,” Smolyaninova nói.

Vì ánh sáng chậm tương tác với các phân tử mạnh hơn so với ánh sáng truyền đi ở tốc độ bình thường, nên nhờ vậy người ta có thể phân tích chi tiết hơn. Điều này có nghĩa là, trên lí thuyết, người ta có thể sử dụng kĩ thuật này để chế tạo một con chip sinh học có vô số bộ cảm biến thực hiện nhiệm vụ đồng thời. “Chẳng hạn, bạn có thể kiểm tra tình trạng nhiều gen trong ADN của một người chỉ với một lần phân tích,” Smolyaninova nói. “Bạn có thể gắn những chất nhuộm khác nhau vào những chỗ khác nhau rồi sau đó tìm kiếm chúng đồng thời.”

Liệu kĩ thuật này có thể sử dụng để tàng hình những vật thể lớn trong cuộc sống hàng ngày hay không? “Trong khi nó có thể tăng bán kính của thấu kính của chúng ta, nhưng điều quan trọng nên nhớ rằng đây là một áo tàng hình 2D. Cho nên mọi thứ mà nó tàng hình chỉ là vô hình trong mặt phẳng đó,” Smolyaninova giải thích.

Nghiên cứu công bố trên tạp chí New Journal of Physics.

Alpha Physics – thuvienvatly.com
Nguồn: physicsworld.com

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email

Thêm ý kiến của bạn