Παρασκευή, 28 Ιανουαρίου 2011

Αόρατα αντικείμενα από Ελληνες επιστήμονες.

Του Παναγιωτη Γεωργουδη



Μπορεί ένα αντικείμενο να γίνει αόρατο; Και πολύ περισσότερο ένα ιστορικό κοινωνικό συμβάν να περάσει απαρατήρητο από κάθε παρατηρητή σαν να μην έχει συμβεί; Αυτά τα απίθανα μέχρι πρότινος μπορούν να συμβούν πλέον με την παρέμβαση επιστημονικών και τεχνολογικών εφευρέσεων και το συνδυασμό κάποιων απίθανων καταστάσεων που μετά από αρκετό χρονικό διάστημα δεν θα είναι ίσως διόλου ανέφικτα, και στο κοινωνικό επίπεδο με βάση τη δημιουργία των λεγόμενων φωτονικών υλικών και ιδιαίτερα την κατηγορία των υλικών με αρνητικό δείκτη διάθλασης ή αριστερόστροφων υλικών.




Ηδη το ευρωπαϊκό πρόγραμμα ΡΗΟΜ, στο οποίο μετέχει και πρωτοπορεί διεθνώς πολλά χρόνια και μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή του Πανεπιστημίου Κρήτης, ερευνητή του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Ερευνας (ΙΤΕ) και καθηγητή στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Αϊόβα στην Αμερική Κωνσταντίνο Σούκουλη, μαζί με τον ομότιμο καθηγητή του Πανεπιστημίου Κρήτης, πρώην πρόεδρο του ΙΤΕ και σημερινό ερευνητή του, Λευτέρη Οικονόμου, έχει αρχίσει και δίνει απαντήσεις σε αυτά τα ερωτήματα μαζί με τρεις άλλες ευρωπαϊκές ομάδες.

Την ομάδα του Αγγλου Τζον Πέντρι από το Ιμπίριαλ Κόλετζ, του Γερμανού καθηγητή στο Πανεπιστήμιο της Καρσλρούης, Βέγκενερ, και την ομάδα του Τούρκου καθηγητή, στο Πανεπιστήμιο Μπιλγκέν της Αγκυρας, Εμκελ Οζμπέ.




* Κύριε Οικονόμου, πώς δουλεύετε πάνω στα φωτονικά υλικά;


* Ενα επιμέρους ερευνητικό κομμάτι των φωτονικών υλικών είναι οι φωτονικοί κρύσταλλοι, ένα άλλο κομμάτι ερευνητικό είναι τα υλικά με αρνητικό δείκτη διάθλασης ή αριστερόστροφα υλικά. Οι δύο αυτές κατηγορίες συγκροτούν τα μετα-υλικά. Το μετα-υλικό σημαίνει να κάνεις ένα σύνθετο υλικό, το οποίο αποτελείται από διαφορετικά πράγματα, δεν έχει καμία ιδιότητα απ' όσες έχουν τα υλικά που το συνθέτουν και προκύπτουν νέες ιδιότητες που δεν υπάρχουν στη Φύση.

Για να δημιουργηθούν φωτονικοί κρύσταλλοι χρησιμοποιούμε τουλάχιστον δύο υλικά. Το ένα υλικό είναι ο αέρας και το άλλο υλικό πρέπει να έχει κατάλληλο γεωμετρικό σχήμα και μια περιοδικότητα στη δομή και στη διάταξή του. Στην πραγματικότητα δεν είναι κρύσταλλοι, αλλά περιοδικές διατάξεις απλών υλικών, π.χ. πλαστικά, τα οποία κατασκευάζονται κατ' αναλογία με τη δομή των κρυστάλλων και τα λέμε φωτονικούς κρυστάλλους. Αυτό που κάνουν οι φωτονικοί κρύσταλλοι είναι ότι ελέγχουν τη ροή και την κατεύθυνση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, συμπεριλαμβανομένου και του φωτός. Για πρώτη φορά, πλην της περίπτωσης των οπτικών ινών, αναγκάζεις το φως να στρίψει στην πλευρά που θέλεις εσύ.

Αριστερόστροφα υλικά

* Τα αριστερόστροφα υλικά πώς ξεκίνησαν;

* Στη δεύτερη κατηγορία έχουμε τα αριστερόστροφα υλικά με αρνητικό δείκτη διάθλασης.

Η ιδέα αυτή ξεκίνησε από μια θεωρητική δημοσίευση ενός Σοβιετικού φυσικού με το όνομα Βεσελάγκο το 1967, που εξέταζε αυτό το θέμα, αν έχεις δηλαδή ένα υλικό με αρνητικό δείκτη διάθλασης, πώς θα συμπεριφέρεται ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα μέσα σε ένα υλικό; Τέτοια υλικά δεν υπάρχουν στη φύση. Ξεχάστηκε τότε αυτή η ιδέα και ξαναήρθε στην επιφάνεια το 1999, όταν ο Τζον Πέντρι πρότεινε μια κατασκευή η οποία να είναι συνδυασμός μετάλλου και πλαστικού σε μια περιοχή συχνοτήτων που να έχει αρνητικό δείκτη διάθλασης.

Αυτή η περιοχή μπορεί να είναι στα μικροκύματα, στο υπέρυθρο, ακόμα και στο οπτικό πεδίο που βλέπει το ανθρώπινο μάτι. Η ιδέα του Πέντρι πραγματοποιήθηκε πειραματικά από μια επιστημονική ομάδα στο Πανεπιστήμιο του Σαντιέγκο στην Καλιφόρνια το 2000. Στη δεκαετία που ακολούθησε σχεδιάστηκαν πολλά συστήματα συνδυασμού μετάλλου και πλαστικού.

Νέοι ορίζοντες

* Το πρόγραμμα ΡΗΟΜ πάνω σε τι δουλεύει;

* Το πρόγραμμα αυτό έχει ως αντικείμενο την επίλυση αυτών των δύο προβλημάτων, δηλαδή το κατασκευαστικό ώστε να λειτουργήσει σε μικρό μέγεθος η διάταξη και το άλλο, το σημαντικότερο, είναι η απώλεια ενέργειας στο μέταλλο. Ο λόγος της βαρύτητας των τεχνητών υλικών με αρνητικό δείκτη διάθλασης είναι ότι μπορείς να βλέπεις λεπτομέρειες στη φύση που δεν μπορείς να τις δεις με το φως που βλέπει το ανθρώπινο μάτι.

Το ορατό φως έχει όρια στο πόσο μικρά αντικείμενα μπορείς να διακρίνεις με αυτό. Τα υλικά αυτά σου δίνουν τη δυνατότητα να ξεπεράσεις το όριο αυτό του ορατού φωτός και να διακρίνεις λεπτομέρειες που μέχρι τώρα φαινόταν αδύνατο. Αυτό το γεγονός ανοίγει τεράστιες δυνατότητες στη μικροσκοπία και επομένως στη Βιολογία και στην Ιατρική.

Εχει αποδειχθεί πειραματικά ότι μπορεί να γίνει, αλλά ακόμη δεν έχει βρει πρακτικές εφαρμογές. Επίσης, υλικά με αρνητικό δείκτη διάθλασης μπορούν να ελέγξουν τη ροή των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, άρα και του φωτός, έτσι ώστε προσπίπτοντας σε ένα αντικείμενο να μην ανακλαστούν τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, δηλαδή και το φως, αλλά να περιβάλουν το αντικείμενο και να συνεχίσουν την πορεία τους, σαν να μην υπήρχε το αντικείμενο αυτό καθόλου.

Σβήσιμο γεγονότων

Επομένως, το αντικείμενο αυτό γίνεται αόρατο και το υλικό με τον αρνητικό δείκτη διάθλασης δρα ως ένας μανδύας που κάνει το αντικείμενο αόρατο. Μάλιστα κάποιοι επιστήμονες έχουν προτείνει ότι, εάν στείλεις ένα στιγμιαίο ηλεκτρομαγνητικό κύμα που να μην έχει μεγάλη διάρκεια χρονική σε ένα αντικείμενο στο οποίο συμβαίνουν κάποιες αλλαγές, δεν θα καταγραφούν από κανέναν παρατηρητή, σαν αυτή η αλλαγή να μη συνέβη ποτέ. Δηλαδή είναι σαν να σβήνεις ένα ιστορικό συμβάν.

* Αυτό έχει αποδειχθεί πειραματικά;

* Για να γίνουν όλα αυτά, πρέπει να δημιουργηθεί ένας απίθανος συνδυασμός αριστερόστροφων υλικών, όπου ο συνδυασμός αυτός λειτουργεί σε μια στενή περιοχή συχνοτήτων. Το πείραμα έχει πραγματοποιηθεί μέχρι στιγμής σε μία μόνο στενή περιοχή συχνοτήτων στα μικροκύματα. Το πρόγραμμα ΡΗΟΜ θέλει να βελτιώσει το σχεδιασμό των διατάξεων των υλικών για να μειωθούν όσο το δυνατόν περισσότερο οι απώλειες ενέργειας και να μπορέσουμε έτσι να κατασκευάσουμε υλικά που να λειτουργούν ακόμη και στο ορατό φως. Η άλλη κατεύθυνση του προγράμματος είναι να ενσωματώσεις στο σχεδιασμό σου τα λεγόμενα ενεργά υλικά, τα οποία απορροφούν εξωτερική ενέργεια και έτσι εξουδετερώνουν τις απώλειες ενέργειας στο μέταλλο.

Εφαρμογές

Μια δυνατότητα εφαρμογών των αριστερόστροφων υλικών είναι η χρήση τους στα φωτοβολταϊκά.



Η κατανομή ενέργειας στο ηλιακό φως, που είναι δεδομένη, δεν είναι η βέλτιστη για την απόδοση των φωτοβολταϊκών. Η παρέμβαση των αριστερόστροφων μετα-υλικών μπορεί να βελτιστοποιήσει την κατανομή ενέργειας στο ηλιακό φως.

Οι φωτονικοί κρύσταλλοι χρησιμοποιούνται στις κεραίες τηλεπικοινωνιών γιατί εξαναγκάζεις το ηλεκτρομαγνητικό κύμα να στρίψει και να πάει όπου θέλεις. Ακόμα, σε οπτικές ίνες, σε κινητά νέας γενιάς κ.λπ. *


enet.gr