Tàng hình với chiếc áo kim loại

TTCT - Các nhà khoa học đã tiến một bước gần hơn tới việc phát triển một chiếc áo khoác tàng hình như trong truyện Harry Potter.

TS Xiang Zhang trong phòng thí nghiệm của ông -lbl.gov

Những chuyên gia ở ĐH bang California, Berkeley (Mỹ) giữa tháng 9 vừa rồi đã công bố thử nghiệm thành công một chiếc áo tàng hình siêu mỏng làm từ các khối hình tam giác cực nhỏ bằng vàng có thể uốn theo bề mặt của một vật thể và khiến nó không phản xạ ánh sáng nhìn thấy được.

Khám phá mới

Dù thí nghiệm chỉ mới làm vô hình một vật thể siêu nhỏ, các nhà nghiên cứu tin rằng công nghệ này có thể được phát triển để tạo ra áo khoác cho những vật thể lớn hơn. Chiếc áo tàng hình, chỉ dày 80 nanomet (8x10-5 mm), được quấn quanh một vật thể ba chiều với nhiều góc cạnh.

Mặt của chiếc áo định tuyến lại các bước sóng ánh sáng ra khỏi vật thể để khiến nó trở nên vô hình với mắt thường. Có thể phải mất 5-10 năm nữa để công nghệ này có những ứng dụng thực tế, theo lời TS Xiang Zhang - giám đốc khoa khoa học vật liệu của Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley, thuộc Bộ Năng lượng Mỹ và là GS ĐH California, Berkeley.

“Chúng tôi không thấy có trở ngại lớn, nhưng còn rất nhiều việc phải làm” - TS Zhang nói với Reuters. Nghiên cứu của ông và các đồng nghiệp cũng đã được đăng lại trên tạp chí Science. Công nghệ mới liên quan tới các siêu vật liệu với những tính chất không có trong tự nhiên.

Bề mặt của chúng được kết cấu với các điểm vật chất nhỏ hơn nhiều so với kích thước của một bước sóng ánh sáng. Chúng định tuyến lại các sóng ánh sáng chiếu vào, do đó khiến vật thể được tấm áo che phủ trở nên “tàng hình”.

Người đứng đầu nghiên cứu, GS Xingjie Ni của ĐH Pennsylvania State, tin rằng công nghệ này có thể áp dụng cho lĩnh vực quân sự để giúp “tàng hình” các thiết bị và cả người. Ông cũng nêu ra một số ứng dụng giả định thú vị khác, chẳng hạn một khuôn mặt với các khuyết điểm được “tàng hình”, hoặc giúp “che bớt cái bụng bia của ai đó”.

Các công nghệ trước kia cũng có thể hướng ánh sáng đi ra khỏi vật thể, nhưng đòi hỏi sử dụng rất nhiều vật chất, khiến chiếc áo trở nên quá nặng mà không đồ vật nào có thể chịu nổi. “Chiếc áo” hiện nay chỉ có thể phủ được một vật thể có kích thước 1.300 micromet vuông (0,0013 mm vuông).

Cách tân vật liệu

Thông thường, khi ánh sáng chiếu vào một vật thể ba chiều, nó sẽ bị phân tán, khiến chúng ta nhìn thấy những góc cạnh và đường cong ở đồ vật. Chiếc áo tàng hình mới che phủ bằng những ăngten siêu nhỏ làm từ các khối tam giác bằng vàng với các kích cỡ khác nhau khiến ánh sáng không phân tán. Với một người quan sát, ánh sáng như đi ra từ một mặt phẳng, thay vì một vật không gian ba chiều.

“Việc chúng ta có thể khiến một mặt cong nhìn như một mặt phẳng đồng nghĩa với việc chúng ta có thể khiến nó nhìn như bất cứ thứ gì khác. Chúng ta cũng có thể khiến một mặt phẳng nhìn như mặt cong” - GS Ni nói.

Những nhà nghiên cứu cho biết họ đã vượt qua hai trở ngại khác trong các thí nghiệm về áo tàng hình siêu nhỏ khác để tăng kích thước của áo nhằm sử dụng cho những vật thể lớn hơn, có thể che phủ cả các đồ vật với bề mặt gồ ghề.

Vấn đề là trong khi có thể chế tạo một mặt nạ tàng hình với loại siêu vật chất này trên lý thuyết, nó sẽ chỉ hoạt động với đúng khuôn mặt đó và trong một bối cảnh cho trước. “Chiếc áo sẽ hoạt động được với mặt bạn, nhưng không thể với mặt tôi vì cấu trúc khuôn mặt của chúng ta rất khác nhau” - TS Zhang nói với Los Angeles Times.

Hiện đó mới chỉ là việc ngụy trang thụ động và ông hi vọng sẽ tìm ra cách để chiếc áo vẫn hiệu quả trong các hệ thống đang hoạt động ở những môi trường thay đổi liên tục, tức là thực tế.

Boubacar Kante, một kỹ sư điện ở ĐH bang California, San Diego, chỉ ra những bất lợi của việc sử dụng các khối vàng để làm áo. Vì kim loại hấp thu các bước sóng ánh sáng mà mắt nhìn thấy được, chúng có thể biến vật thể mà chúng che phủ thành một vùng tối hơn so với xung quanh, khiến cho áo tàng hình trở thành “lạy ông tôi ở bụi này”. Kante đang triển khai một dự án tương tự, nhưng sử dụng các chất liệu bằng gốm và nhựa teflon.■

Nguyên lý vô hình

Biến một thứ thành vô hình là tham vọng lớn của khoa học. Cái khó là phải đảm bảo người ta vẫn nhìn thấy những gì đằng sau vật vô hình đó. Cho tới gần đây, thí nghiệm tạo ra sự vô hình mà con người làm được là thả chiếc cốc thủy tinh vào trong nước hoặc tạo ra ảo giác bằng gương và máy quay như trong các màn ảo thuật. Vật lý học về áo tàng hình là cực kỳ phức tạp, nhưng ý tưởng cơ bản khá đơn giản: tất cả những gì bạn cần làm là uốn cong các bước sóng ánh sáng qua vật thể bạn muốn làm cho vô hình. Nếu ánh sáng không tới được một đồ vật, bạn không thể nhìn thấy nó.

Uốn cong ánh sáng cũng không phải là điều mới. Mỗi khi ánh sáng đi từ không khí vào nước, nó chậm lại một chút. Sự thay đổi tốc độ đó khiến nó bị định tuyến lại, thể hiện rõ qua thí nghiệm chiếc muỗng nhúng một nửa trong cốc nước có trong hầu hết sách giáo khoa vật lý, và khiến cho ánh sáng đã bị uốn cong vẫn tương thích với ánh sáng khác xung quanh đó để không chỉ làm vật thể biến mất mà còn khiến nó bị nhìn xuyên qua, là một thử thách nữa.

Các loại siêu vật chất của nhóm nghiên cứu Mỹ làm được cả hai việc đó. Chúng là kết cấu của rất nhiều khối kim loại nhỏ xíu hoạt động như những ăngten và thiết bị truyền ánh sáng nhận và chuyển ánh sáng đi, mỗi khối đó lại bẻ cong ánh sáng một chút. Kích cỡ của các khối và khoảng cách giữa chúng, cũng như cách phân bổ, là một bí mật, vì nó cho phép những người thiết kế bẻ cong ánh sáng ở mức độ họ muốn.

Trên lý thuyết là vậy, nhưng thực tế không hề dễ dàng. Để các khối kim loại trở nên vô hình, chúng phải nhỏ hơn nhiều so với bước sóng ánh sáng, bằng khoảng 1/4. Bước sóng ánh sáng nhỏ hơn một phần triệu của một mét, và các khối kim loại “may áo” lớn nhất cũng chỉ có thể là 100 nanomet (trong nghiên cứu ở trên là 80 nanomet). Để dễ hiểu, kích thước đó mỏng hơn một phần nghìn so với một sợi tóc người.