Ученые разработали новый принцип создания метаматериалов, в котором используются технология ДНК-оригами. Статья исследователей пока не принята к публикации в рецензируемый научный журнал, но ее препринт доступен на сайте arXiv.org.
Свойства метаматериалов зависят, в первую очередь, от их структуры, а не от химического состава. Эти материалы способны особым образом искривлять пути прохождения света - в частности, с их помощью можно делать объекты невидимыми для наблюдателя в определенном диапазоне частот. Этот эффект достигается за счет того, что направляемое метаматериалом излучение так огибает маскируемый объект, что его изображение, формируемое отраженными лучами, не достигает детекторов.
Особенность маскировки объектов с использованием метаматериалов состоит в том, что их регулярные структурные особенности (например, определенным образом расположенные штырьки или отверстия) должны быть меньше длины волны излучения, для которого "работает" конкретный метаматериал. Именно по этой причине большинство из созданных на сегодняшний день метаматериалов приспособлены не для видимого света (от 380 до 740 нанометров), а для излучения с большей длиной волны. Чтобы метаматериалы "работали" для видимого света, характерный размер их регулярных структур должен составлять несколько нанометров.
Отдельную сложность представляет создание метаматериалов, устроенных не по принципу ковра-невидимки (то есть двумерных), а полноценных трехмерных устройств (такие устройства более универсальны в применении). Авторы новой работы попытались преодолеть оба эти препятствия, используя технологию ДНК-оригами - создания сложных структур из отрезков ДНК. Этот биополимер обладает свойством комплементарности - отрезки ДНК с определенной последовательностью "букв" образуют друг с другом прочное соединение - и, определенным образом подобрав последовательность "букв" ученые могут "заставить" нужные структуры собираться самостоятельно.
Ученые собирали сложные структуры, используя золотые наночастицы с прикрепленными к ним отрезками ДНК, которые "находили" комплементарные им пары, закрепленные на остове. Наночастицы выстраивались на остове, прикрепляясь к нему за счет образования комплементарных пар между нитями ДНК. В итоге ДНК-"штырьки" образовывали регулярную структуру, обладающую заданными оптическими свойствами.
В перспективе разработанный исследователями принцип создания метаматериалов - которые представляют собой, скорее, "метажидкость", так как все компоненты плавают в растворе - позволит создавать материалы, делающие невидимыми объекты в видимом диапазоне длин волн.
Недавно другой коллектив исследователей представил работу, в которой был сделан шаг к устранению еще одного неудобства невидимости - несмотря на то, что характерные размеры регулярных структур должны быть очень маленькими, размер самого маскирующего устройства намного больше размера маскируемого объекта. Соответственно, маскировка относительно крупных объектов связана со значительными сложностями. Группа ученых предложила способ обойти эту сложность.