Квантовый материал показал сверхъестественную способность

Инфракрасные камеры обнаруживают людей и другие объекты по теплу, которое они излучают. Теперь исследователи обнаружили сверхъестественную способность материала скрывать цель, маскируя ее характерные тепловые свойства.

Ученые утверждают, что этот эффект работает для диапазона температур, которые в один прекрасный день могут включать людей и транспортные средства, что представляет собой будущее преимущество технологий стелс.

Что делает материал особенным, так это его квантовая природа — свойства, которые необъяснимы с точки зрения классической физики. Исследование, опубликованное в «Proceedings of the National Academy of Sciences», делают нас на один шаг ближе к раскрытию полного потенциала квантового материала.

Работы проводились учеными и инженерами из Университета Висконсин-Мэдисон, Гарвардского университета, Университета Пердью, Массачусетского технологического института и Брукхейвенской национальной лаборатории.

За последние несколько лет исследователи разработали материалы, созданные из графена и черного кремния, которые играют с электромагнитным излучением, также скрывая объекты от инфракрасных камер.

Но то, как квантовый материал в новом исследовании обманывает инфракрасную камеру, уникально: он отделяет температуру объекта от его теплового излучения, что противоречит интуиции, основываясь на том, что известно о поведении материалов в соответствии с фундаментальными законами физики. Разъединение позволяет скрыть информацию о температуре объекта от инфракрасной камеры.

Открытие не нарушает никаких законов физики, но предполагает, что эти законы могут быть более гибкими, чем принято считать.

Шрирам Раманатан, профессор материаловедения в Университете Пердью, исследовал оксид никеля самария в течение последних 10 лет. Ранее в этом году его лаборатория обнаружила, что материал также обладает противоинтуитивной способностью быть хорошим изолятором электрического тока в средах с низким содержанием кислорода, а не нестабильным проводником, когда кислород удаляется из его молекулярной структуры.

Кроме того, оксид никеля самария является одним из немногих материалов, которые могут переходить от изолирующей фазы к проводящей фазе при высоких температурах. Ученые подозревали, что материалы с этим свойством могут быть способны к разъединению температуры и теплового излучения.

Лаборатория Раманатана создала пленки оксида никеля самария на сапфировых подложках для сравнения с эталонными материалами. Ученые измерили спектроскопическое излучение и сняли инфракрасные изображения каждого материала, когда он был нагрет и охлажден.

В отличие от других материалов, оксид самария и никеля едва нагревался при нагревании и сохранял этот эффект между 105 и 135 градусами Цельсия.

«Как правило, когда вы нагреваете или охлаждаете материал, электрическое сопротивление изменяется медленно. Но для оксида самария-никеля сопротивление нестандартным образом изменяется от изолирующего к проводящему состоянию, которое сохраняет свои свойства теплового излучения почти одинаковыми для определенного температурный диапазон «, сказал Шрирам Раманатан.

Поскольку тепловое излучение не изменяется при изменении температуры, это означает, что они не связаны в диапазоне 30 градусов.

По словам ученых, это исследование открывает путь не столько для сокрытия информации от инфракрасных камер, но для создания новых типов оптики и даже улучшения самих инфракрасных камер.

«Мы с нетерпением ждем возможности изучить этот материал и связанные с ним оксиды никеля для компонентов инфракрасной камеры, таких как перестраиваемые фильтры, оптические ограничители, которые защищают датчики, и новых чувствительных детекторов света», — говорят исследователи.

Temperature-independent thermal radiation, Proceedings of the National Academy of Sciences (2019). DOI: 10.1073/pnas.1911244116 , https://www.pnas.org/content/early/2019/12/16/1911244116 , https://arxiv.org/abs/1902.00252