一个由NUST“ MISiS”和都灵理工大学的科学家组成的国际科学小组开发了一种新的超材料模型,该模型将通过使纳米传感器免受外界辐射的影响来提高光学和生物医学中纳米传感器的准确性。 关于研究结果的文章发表在《 科学报告 》杂志上。新的超材料掩盖纳米传感器模型的开发是在俄罗斯-意大利项目ANASTASIA(不断散布并维持不可见的偶极子的高级非辐射体系结构)的框架内进行的,其目的是建模并重新创建这种超材料,以使物体在纳米级不可见在所有波浪范围内。
NUST MISiS超导超材料实验室的一名研究生和文章的主要作者Anar Ospanova说: “隐藏一个大物体实际上要比一个小物体容易。” -有多种伪装技术和隐身技术。 但是,当我们处理纳米级物体时,例如生物医学或物理学中的传感针,情况变得更加复杂。 通常,纳米传感器与被研究的物体相当,因此,当它们进入介质时,它们会对其产生非常强烈的影响-它们会改变其中的压力,散射辐射,并且变得难以理解针的特征以及物体本身的特征在哪里。 我们决定“隐藏”纳米传感器的辐射,从而提高其工作的准确性。”
由科学家模拟的超材料的主要元素是一个超分子,由四个圆柱体组成,它们由钽酸锂制成的电介质LiTaO3半径为5μm。 形成一种用于纳米传感器的外壳,电介质与辐射相互作用,从而产生了所谓的偶极状态,即非辐射散射体。 (图1)。 结果,该物体对于外部观察者来说是不可见的(图2c)。 单独地,所有元素(纳米传感器和电介质)都会散射辐射并强烈扭曲电场和磁场的图像(图2a,b)。

图1-
由纳米传感器-金属圆柱导体(位于中心)和四个圆柱介电体(沿边缘)组成的大分子的可视化图
,其中P是导体的电偶极矩,T是介电层的环形矩。
图2-
以大分子形式表示的大分子外部元素的可见辐射,其中(a)是没有壳的中心元素; (b)-没有中心元素的壳元素; (c)是外壳中的中心元素。为了进行计算,我们使用了半径为2.5μm的金属导体,模拟了纳米传感器并且具有很高的波散射,这使我们能够进行最大可能辐射水平的计算。 模拟在红外和微波范围之间的太赫兹范围内进行。
尽管可以根据应用范围使用其他材料,但科学家使用LiTaO3-钽酸锂作为超分子材料。 例如,在纳米光学中,可以使用硅和锗。
据NUST“ MISiS”公司副教授Alexei Basharin称,ANASTASIA项目负责人说,例如,由于使用了与人体相容的氯化钾作为外壳,因此所创造的超材料具有用于生物医学的前景。
“在很多情况下,您需要确保物体不与光发生相互作用,例如,在纳米级运送药物时。 我们的最终目标是创造一个大分子,使来自物体和其外壳的散射相遇,彼此中和并使物体在相应的波范围内不可见。”-Alexey Basharin。
研究的下一阶段-在实验室条件下对拟议结构的实验创建-计划于2018年秋季进行。
目前,已经获得了创建对非常窄的辐射范围透明的材料和对象并仅以特定角度隐藏对象的经验。 ANASTASIA项目参与者设定的任务是概括创建此类结构的经验,并发展一种理论,通过该理论可以建模然后创建可以从任何角度和大范围隐藏对象的超材料。