Áo tàng hình 3D đầu tiên hoạt động trong không gian tự do

Các nhà vật lí ở Mĩ khẳng định đã tạo ra áo tàng hình 3D đầu tiên có thể hoạt động một mình trong không gian tự do. Cái áo tàng hình trên, xây dựng trên một lớp vỏ “plasmon”, có thể che giấy một khối trụ cỡ bằng điếu xì gà trước vi sóng – mặc dù hiện nay nó chỉ hoạt động đối với một hướng phân cực vi sóng.

Áo tàng hình đã được triển khai kể từ năm 2006, khi một đội nghiên cứu đứng đầu là David Smith tại trường Đại học Duke ở Bắc Carolina, Mĩ, tạo ra một dụng cụ có thể dẫn hướng vi sóng thuộc một tần số rất hẹp đi vòng quanh khu vực đường kính vài centi mét. Dụng cụ trên được xây dựng trên một “siêu chất liệu” gồm một ma trận những bộ cộng hưởng làm biến thiên hằng số điện môi và độ từ thẩm trong toàn bộ áo. Những biến thiên tính chất này làm cho vi sóng bị bẻ cong vòng quạnh không gian bị che ẩn giống như nước chảy vòng quanh một tảng đá, chỉ khác là trong không gian 2D.

Kể từ đó, đã có rất nhiều nghiên cứu về sự tàng hình, với một mục tiêu là phát triển một cái áo tàng hình có khả năng che giấy một vật thể vĩ mô trong một ngưỡng rộng tần số ánh sáng nhìn thấy và trong không gian 3D. Hồi năm ngoái, đã có một bước phát triển lớn hướng đến mục tiêu này khi Martin Wegener và các đồng nghiệp tại Viện Công nghệ Karlsruhe ở Đức phát triển áo tàng hình 3D đầu tiên, hoạt động trong vùng hồng ngoại gần. Nhưng đây là một cái áo tàng hình phẳng, “kiểu thảm”, do đó vật được che giấu phải đặt trên một bề mặt, với cái áo thì nằm bên trên. Xét trên phương diện lí tưởng, một áo tàng hình 3D sẽ cho phép một vật đặt cách xa một vật khác, trong không gian tự do.

Áo tàng hình plasmon (trên) và một số bộ phận cấu tạo của nó. (Ảnh: Andrea Alù)

Tàng hình plasmon

Nay Andrea Alù và các đồng nghiệp tại trường Đại học Texas ở Austin, khẳng định vừa tạo ra được một áo tàng hình như thế. Không giống như những thiết kế siêu chất liệu trước đây, dụng cụ trên được xây dựng trên một khái niệm tàng hình plasmon, trong đó ánh sáng tán xạ bởi một vật bị triệt tiêu chính xác bởi một lớp vỏ bên ngoài. Các chất liệu plasmon có những tính chất đặc biệt ở những tần số nhất định mà bức xạ điện từ có thể kích thích những dao động electron gọi là plasmon. Lớp vỏ đó hoạt động vì nó có hằng số điện môi rất thấp, cho nó một hướng phân cực ngược với hướng phân cực của vật. Do đó, mọi ánh sáng tán xạ khỏi vật sẽ bị triệt tiêu hết, và vật dường như trong suốt.

Nhóm nghiên cứu của Alù thu được kết quả này với một khối trụ điện môi rỗng dài 18 cm và có đường kính 2,5 cm, cấu tạo gồm tám đoạn. Ở tần số 3 GHz, sự tán xạ của những vi sóng phân cực bị giảm hơn 9 dB đối với ngưỡng góc 60^o.

Martin Wegener nghĩ nhóm của Alù thật sự đã thực hiện được minh chứng không gian tự do này, nhưng ông lưu ý những nhược điểm nhất định. Một là áo tàng hình trên chỉ có thể che giấu một vật điện môi, chứ không phải vật kim loại. Một nhược điểm nữa là áo tàng hình trên chỉ hoạt động đối với ánh sáng vi sóng phân cực, cho nên người quan sát “phải đeo kính phân cực vào thì mới nhận ra sự tàng hình”, ông nói.

Đòi hỏi phản ứng đẳng hướng

Tuy nhiên, Alù đề xuất rằng có một phương pháp chế tạo một áo tàng hình tương tự đối với ánh sáng chưa phân cực. “Để dễ triển khai, chúng tôi đã chọn một thiết kế siêu chất liệu dị hướng, và do đó nó chỉ hoạt động với một hướng phân cực”, ông giải thích. “[Nhưng] trên nguyên tắc, người ta có thể đi tới những thiết kế siêu chất liệu khác, thí dụ như những môi trường dây 3D hoặc những ma trận thể vùi đẳng hướng, mang lại một phản ứng đẳng hướng độc lập với hướng phân cực đang tác động”.

Martin McCall, một nhà lí thuyết chuyên về áo tàng hình tại trường Imperial College London nghĩ rằng thí nghiệm trên vẫn có xa với so với “giấc mơ” về một áo tàng hình hoạt động trong không gian 3D trong ngưỡng rộng tần số ánh sáng nhìn thấy. “Tôi muốn nói đây là một bước phát triển thú vị, nhưng nó chỉ mang chúng ta tiến gần thêm một bước nhỏ mà thôi”, ông nói.