Sebuah kelompok ilmiah internasional yang terdiri dari para ilmuwan dari NUST "MISiS" dan Polytechnic University of Turin telah mengembangkan model metamaterial baru yang akan meningkatkan akurasi nanosensor dalam optik dan biomedis dengan menutupi mereka dari radiasi eksternal. Sebuah artikel tentang hasil penelitian ini diterbitkan dalam jurnal Scientific Reports .Pengembangan model nanosensor masking metamaterial baru dilakukan dalam kerangka proyek Rusia-Italia ANASTASIA (Arsitektur Non-Radiasi Menyebar Hancur Dan Berkelanjutan Anapoles Tak Terlihat), yang tujuannya adalah untuk memodelkan dan kemudian menciptakan kembali metamaterial seperti itu yang akan membuat objek tidak terlihat di skala nano. di semua rentang gelombang.
"Menyembunyikan objek besar sebenarnya lebih mudah daripada yang kecil," kata seorang mahasiswa pascasarjana di Laboratorium Metamaterial Superkonduktor di NUST MISiS dan penulis utama artikel, Anar Ospanova. - Ada berbagai teknik kamuflase dan teknologi siluman. Tetapi ketika kita berurusan dengan benda berskala nano - misalnya, jarum sensor dalam biomedis atau fisika, situasinya menjadi lebih rumit. Biasanya nanosensor sepadan dengan objek yang diteliti, oleh karena itu, ketika mereka masuk ke medium, mereka mempengaruhinya dengan sangat kuat - mereka mengubah tekanan di dalamnya, menyebarkan radiasi, dan menjadi sulit untuk memahami di mana karakteristik jarum dan di mana karakteristik objek itu sendiri. Kami memutuskan untuk "menyembunyikan" radiasi dari nanosensor dan dengan demikian meningkatkan akurasi pekerjaan mereka. "
Elemen utama dari metamaterial yang dimodelkan oleh para ilmuwan adalah metamolekul, yang terdiri dari empat silinder-dielektrik yang terbuat dari lithium tantalate - LiTaO3 - dengan radius 5 Ξm. Membentuk sejenis cangkang untuk nanosensor, dielektrik berinteraksi dengan radiasi, dan apa yang disebut keadaan anapole, pencar non-radiasi, muncul. (gbr. 1). Akibatnya, objek menjadi tidak terlihat oleh pengamat eksternal (Gbr. 2 c). Secara individual, semua elemen - nanosensor dan dielektrik - menyebarkan radiasi dan sangat mendistorsi gambar medan listrik dan magnet (Gbr. 2 a, b).
Gambar 1 -
visualisasi metamolekul yang terdiri dari nanosensor - konduktor silinder logam (di tengah) dan empat silinder-dielektrik (di sepanjang tepi), di mana P adalah momen dipol listrik konduktor, T adalah momen toroidal dari selubung dielektrik.
Gambar 2 -
visualisasi radiasi unsur yang terlihat di luar metamolekul dan dalam bentuk metamolekul, di mana (a) adalah elemen pusat tanpa cangkang; (B) - elemen shell tanpa elemen pusat; (c) adalah elemen sentral dalam shell.Untuk perhitungan, kami menggunakan konduktor logam dengan radius 2,5 Ξm, mensimulasikan nanosensor dan memiliki hamburan gelombang yang sangat tinggi, yang memungkinkan kami melakukan perhitungan untuk tingkat radiasi setinggi mungkin. Simulasi berlangsung di kisaran terahertz, antara rentang inframerah dan microwave.
Para ilmuwan menggunakan LiTaO3 - lithium tantalate sebagai bahan metamolekul, meskipun bahan lain dapat digunakan tergantung pada ruang lingkup aplikasi. Dalam nanooptik, misalnya, dimungkinkan untuk bekerja dengan silikon dan germanium.
Menurut kepala proyek ANASTASIA pada bagian NUST "MISiS", associate professor Alexei Basharin, metamaterial yang dibuat memiliki prospek untuk digunakan dalam biomedis, misalnya, karena penggunaan kalium klorida yang kompatibel dengan tubuh manusia sebagai cangkang.
"Ada sejumlah kasus ketika Anda perlu memastikan bahwa objek tidak berinteraksi dengan cahaya - misalnya, ketika mengantarkan obat di skala nano. Tujuan akhir kami adalah membuat metamolekul tempat hamburan dari objek dan cangkangnya bertemu, menetralkan satu sama lain dan membuat objek tidak terlihat dalam rentang gelombang yang sesuai, â- Alexey Basharin.
Tahap berikutnya dari penelitian - penciptaan eksperimental dari struktur yang diusulkan dalam kondisi laboratorium - dijadwalkan untuk musim gugur 2018.
Saat ini, pengalaman telah diperoleh dalam menciptakan bahan dan benda yang transparan untuk rentang radiasi yang sangat sempit dan hanya menyembunyikan benda pada sudut tertentu. Tugas yang ditetapkan oleh peserta proyek ANASTASIA adalah untuk menggeneralisasi pengalaman membuat struktur seperti itu dan mengembangkan teori yang memungkinkan untuk membuat model dan kemudian membuat bahan metam yang menyembunyikan objek dari sudut manapun dan dalam jangkauan yang luas.