Versione italiana
English version
Vediamo gli oggetti perché gli atomi che li compongono assorbono e diffondono la luce; lo fanno però in modo incoerente, ogni atomo con piccolissimi ritardi, casuali e diversi. L’incoerenza tra gli atomi mantiene viva la loro individualità, e rende tracciabile la loro posizione.
Questo scenario naturale - un po’ anarchico - è stato però stravolto in certi materiali artificiali, di recentissima concezione, chiamati “meta-materiali”, i cui “atomi” non sono realmente atomi ma microscopici circuiti. La proprietà fondamentale di questi microscopici circuiti è la loro capacità di assorbire o deviare la luce in modo simile a quelli naturali, però con un ritardo prefissato e, soprattutto, progettabile.
I ricercatori del gruppo di Xiang Zhang dell’Università della California di Berkeley hanno sfruttato questa opportunità per sottrarre un oggetto alla vista, posto davanti ad una superficie piana [1]. Hanno prima di tutto calcolato il ritardo della luce riflessa dalla superficie, senza alcun oggetto presente. Hanno poi messo un oggetto davanti alla superficie, e lo hanno ricoperto di una pellicola di questi atomi stranissimi. Ogni singolo atomo era accuratamente progettato: doveva intrappolare la luce per il tempo necessario da far sembrare la riflessione come quella della superficie piana. Insomma, la luce veniva riflessa dalla pellicola come se l’oggetto non ci fosse. Si potrebbe pensare che l’oggetto si potrebbe nascondere, molto più semplicemente, mettendolo dietro la superficie piana... ma allora l’oggetto si potrebbe vedere guardandolo da dietro. Qui, invece, l’oggetto che non si vede è davanti alla superficie, e non si vede né guardando da una parte né dall'altra!
Per quanto decisamente intrigante, l’effetto ha per il momento alcuni limiti. Ad esempio, non ci permetterà di realizzare un mantello dell’invisibilità come quello di Harry Potter, almeno per due ragioni. La prima è che l’oggetto sparisce solo davanti ad una superficie piana. Non saremo quindi in grado di vedere veramente attraverso l’oggetto nascosto, come nei boschi di Hogwarts. La seconda è che il nascondiglio è “rigido”, e funziona solo se il mantello non cambia la sua piega. I suoi atomi, infatti, sono progettati per il ritardo necessario in una ben precisa posizione. Come mantello, quindi, dovrebbe essere proprio molto inamidato.
Nonostante i limiti, è un passo avanti notevole nella gestione dei segnali ottici, e qui a Trento siamo un po’ orgogliosi per aver proposto per primi le superfici ad “atomi ritardatori” nel 2011, in collaborazione con l’Università di Harvard [2].
THE INVISIBILITY CLOAK
How to disappear from sight by delaying reflected light
We see objects because the atoms they are made of absorb and scatter light, although they do this “incoherently” since every atom has tiny delays, which are casual and diverse.
This natural scenario, which is a little bit anarchic, was however altered in very recent artificial materials known as “meta-materials”. The atoms of such materials are not real atoms but microscopic circuits. The main features of the new “atoms” is their ability to absorb and scatter light in a similar way to the natural ones only with a prefixed delay, that can be designed.
Xiang Zhang’s group of researchers from the University of California, Berkeley, took this opportunity to remove an object from sight by placing it in front of a flat surface [1]. First of all, they calculated the delay of the light reflected by the surface without any object being there. They then put an object in front of the surface and covered it with a film formed by these very strange atoms. Each single atom was accurately designed: it was meant to entrap light for the amount of time necessary to make reflection similar to that of the flat surface. In other words, the light was reflected by the film as if the object was not there. One could think that the object can be hidden, simply by putting it behind the flat surface... but then the object could be seen from behind. In this case, on the contrary, the object we see is in front of the surface and it cannot be seen from one side or the other.
For as interesting as it may be, the effect does have some limits for now. For instance, it will not allow us to make an invisibility cloak like Harry Potter’s for at least two reasons. The first is that the object only disappears in front of a flat surface. Therefore, we will not be able to really see through the hidden object, as in the woods at Hogwarts. The second reason is that the hideaway is too “stiff” and only works if the cloak does not change its fold. Its atoms, in fact, are planned for the necessary delay in a very specific position. For being a cloak therefore, it does not require to be starched much.
Regardless of the limits, this is a significant step forward in the management of optical signals and here in Trento we are proud to have been the first to suggest surfaces with “delayed atoms” in 2001, in collaboration with the University of Harvard [2].
[1] Xingjie Ni, Zi Jing Wong, Michael Mrejen, Yuan Wang, and Xiang Zhang, “An ultrathin invisibility skin cloak for visible light”, Science, 18 Settembre 2015: 1310-1314.
[2] Nanfang Yu, Patrice Genevet, Mikhail A. Kats, Francesco Aieta, Jean-Philippe Tetienne, Federico Capasso, and Zeno Gaburro, “Light Propagation with Phase Discontinuities: Generalized Laws of Reflection and Refraction”, Science, 21 Ottobre 2011: 333-337.