Comment rendre un objet invisible

Un dispositif en forme de brosse à cheveux a été théoriquement conçu qui utiliserait des poils fabriqués à partir de nanofils pour courber la lumière autour de lui, rendant l'objet invisible. Les chercheurs qui ont conçu la conception disent qu'il s'agit de la première conception pratique d'une cape optique fonctionnant dans le spectre visible. Ils travaillent maintenant sur la construction d'un appareil réel basé sur leurs calculs.

Enfilez, enlevez votre cape : Les simulations montrent comment la lumière interagit avec la section transversale du dispositif d'occultation. Lorsqu'il n'est pas masqué (en haut), la lumière est réfléchie par l'objet. Mais lorsqu'il est masqué (en bas), la lumière est guidée autour de l'objet et de tout ce qu'il contient.

Bien qu'il ne s'agisse encore que d'une conception théorique, il est le premier à montrer comment un effet de dissimulation récemment découvert pourrait fonctionner pour toutes les longueurs d'onde de la lumière visible, explique Vladimir Chalaev , professeur de génie électrique et informatique à l'Université Purdue, à West Lafayette, IN, qui a dirigé l'effort de recherche.

Il établit une feuille de route pour la construction de ce type de structures, dit John Pendry , professeur de physique théorique à l'Imperial College de Londres, au Royaume-Uni. En plus de permettre de rendre les choses invisibles, les travaux pourraient conduire à des moyens de créer des boucliers thermiques en courbant la lumière infrarouge autour des objets, dit-il. Les recherches initiales de Pendry ont conduit à la création l'année dernière du premier dispositif de dissimulation fonctionnel, qui fonctionnait dans la gamme des micro-ondes. (Voir Cloaking Breakthrough .) Ce dernier travail montre maintenant un moyen d'étendre cela dans la plage de la lumière visible, dit Pendry.

Pour devenir invisible, un objet doit faire deux choses : il doit être capable de courber la lumière autour de lui, de sorte qu'il ne projette aucune ombre, et il ne doit produire aucun reflet. Alors que les matériaux naturels sont incapables de le faire, une nouvelle classe de matériaux appelés métamatériaux le rend désormais possible. (Voir TR10 : Révolution Invisible.)

La courbure de la lumière autour d'un objet nécessite qu'un matériau ait un indice de réfraction négatif. L'indice de réfraction est une propriété qui dicte la façon dont la lumière traverse un milieu ; c'est la raison pour laquelle un bâton aura l'air plié lorsqu'il est placé dans l'eau. Si l'eau avait un indice de réfraction négatif, le bâton aurait l'air de se replier sur lui-même.

L'année dernière, Pendry a démontré qu'il est théoriquement possible de concevoir des structures de fils conducteurs très minces qui pourraient avoir un effet sur les champs électriques et magnétiques des micro-ondes, les faisant se plier de manière non naturelle comme celle-ci. Cette théorie a ensuite été soutenue par des expériences menées par David Smith et David Schurig à l'Université Duke, à Durham, en Caroline du Nord.

Mais répéter le succès de la lumière visuelle semblait poser des problèmes. D'une part, faire fonctionner la conception utilisée par Smith et Schurig pour la lumière visible nécessiterait des composants de seulement 40 nanomètres.

La solution consistait à concevoir un dispositif avec des aiguilles de nanofils étroitement espacées, de 10 nanomètres de diamètre et 60 nanomètres de long, émanant d'un rayon central cylindrique. Dans le numéro actuel de la revue Photonique de la nature , les chercheurs montrent comment, du moins en théorie, cela masquerait l'objet de la lumière rouge d'une longueur d'onde de 632,8 nanomètres.

Il y a cependant des limites à cette approche. Un très faible pourcentage de lumière serait toujours réfléchi, de sorte que l'objet ne serait pas entièrement invisible. De plus, bien que la conception puisse être adaptée pour fonctionner pour d'autres fréquences dans la plage visible, la conception ne fonctionnera toujours que pour une bande de lumière très étroite.

C'est un vrai problème, dit Ulf Léonhardt , professeur de physique théorique à l'université de St. Andrews, en Écosse, et expert dans ce domaine. Cela aurait l'air complètement étrange, et vous verriez certainement quelque chose. Mais il dit que ce n'est pas un acte d'accusation de la recherche Purdue; c'est plutôt un problème général avec la recherche sur le camouflage jusqu'à présent.

C'est toujours une étape importante pour entrer dans le domaine visible, dit Leonhardt. Et c'est un pas en avant certain. Mais pour que les choses disparaissent vraiment sous nos yeux, il faudra trouver un moyen de faire fonctionner les appareils sur une large gamme de fréquences, dit-il.

Même ainsi, l'utilisation de nanofils est un moyen très pratique d'avancer, dit Pendry. C'est très utile parce que ce que nous voulons vraiment maintenant, c'est de voir à quel point les gens peuvent les construire, dit-il. C'est d'ailleurs ce sur quoi le groupe travaille actuellement. La prochaine étape consiste à fabriquer et à tester un échantillon réel, explique Alexander Kildishev, chercheur à Purdue. Ce travail sera réalisé en collaboration avec le Birck Nanotechnology Center de Purdue.

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