Материал, вдъхновен от облаците, може да пречупва светлината около ъглите

Светлината може да бъде насочвана и управлявана по завоите чрез метод, подобен на начина, по който облаците разсейват фотоните, което може да доведе до напредък в медицинските изображения, охладителните системи и дори ядрените реактори.

Учени са открили техника, с помощта на която светлината може да бъде пречупена около ъглите, вдъхновена от начина, по който облаците разсейват слънчевата светлина. Този вид пречупване на светлината може да доведе до напредък в областта на медицинските изображения, охлаждането на електрониката и дори проектирането на ядрени реактори.

Даниеле Фасио (Daniele Faccio) от Университета в Глазгоу, Великобритания, и колегите му споделят, че са изненадани, че този тип разсейване на светлината не е бил забелязан преди.

Той работи по същия начин като облаците, снега и други бели материали, които абсорбират светлина: след като фотоните ударят повърхността на такъв материал, те се разпръскват във всички посоки, едва проникват и се отразяват обратно по пътя, по който са дошли.

Например, когато слънчевата светлина попадне върху високо разположен купесто-дъждовен облак, тя се отразява от горната облачна повърхност, заради което тази част от облака изглежда ярко бяла. Но до долната част на облака достига толкова малко светлина, че тя изглежда сива, въпреки че е съставена от едни и същи водни капки.

"Светлината се отразява във всички посоки и се опитва да проникне, но се отразява от молекулите и дефектите", разказва Фасио. "И в крайна сметка се случва така, че тя просто се отразява обратно, защото не може да проникне. Това е разсейване."

За да възпроизведе този процес, екипът 3D принтира обекти от непрозрачен бял материал, като оставя вътре тънки тунели от прозрачна смола. Когато светлината се насочва към материала, тя се движи в тези тунели и се разсейва - точно както светлината се разсейва от снега или облаците.

Вместо обаче да се разпръскат хаотично във всички посоки, докато не се разпределят равномерно, фотоните се насочват обратно да се върнат в тунелчетата в непрозрачния материал. Екипът използва това явление, създавайки редица обекти, които насочват светлината по организиран начин.

3D-отпечатани бели блокове с извити каналчета насочват разсейващата се светлина. Кредит: University of Glasgow

Тези 3D-отпечатани обекти са функционално подобни на оптичните кабели, които насочват светлината по дължината си, но работят на коренно различен принцип. Оптичните кабели насочват светлината чрез безкрайно вътрешно отразяване. Когато фотоните се опитват да напуснат вътрешната сърцевина на кабела от пластмаса или стъкло, те попадат в друг материал с по-нисък показател на пречупване и се отразяват обратно вътре. По този начин светлината може да се пренася на километри разстояние, дори около завои.

Изследователите твърдят, че техният материал увеличава пропускането на светлината с повече от два порядъка (10-100 пъти) в сравнение с твърдите блокове без такива прозрачни тунели, а също така позволява тя да бъде насочвана около завои. Този материал е много по-неефективен от оптичните влакна и поради това трудно ще постигне големите разстояния, които те постига, но затова пък е много прост и евтин.

Този метод на пречупване на светлината би могъл да използва съществуващите тунели от полупрозрачен материал, като например сухожилията и течността в гръбначния стълб, за да осигури нови начини за извършване на медицински изображения.

Фасио посочва, че същият принцип работи и за насочване на топлина и неутрони, поради което би могъл да намери приложение и в редица инженерни приложения, като например охладителни системи и ядрени реактори.

Справка: Mitchell, K.J., Gradauskas, V., Radford, J. et al. Energy transport in diffusive waveguides. Nat. Phys. (2024). https://doi.org/10.1038/s41567-024-02665-z 

Източник: Cloud-inspired material can bend light around corners, New Scientist

Още по темата

21/08/2023

Физика

Светлината на Черенков е видяна за първи път в инсталация за ядрен синтез (видео)

02/08/2021

Физика

Генерирана е материя директно от светлина - явление, предсказано преди повече от 80 години

22/08/2016

Физика

Квантовият интернет - не се знае как, но работи (видео)

09/01/2015

Физика

Ефектът забавяне на времето и скъсяване на дължините