"Näkymättömyysviitan" ja "täydellisen linssin" isä kävi kylässä
21.3.2011
Kun tunnettu englantilainen fyysikko Sir John Pendry vieraili maaliskuun alussa Otaniemessä fysiikan Aalto-kollokvion luennoijana, tiedettiin etukäteen varata käyttöön vanhan Teknillisen korkeakoulun päärakennuksen suuri M-sali.
Matematiikan ja fysiikan opiskelijoille ja tutkijoille huippututkijan vierailu oli merkittävä tapahtuma.
Sir John Pendry on Lontoossa sijaitsevan Imperial Collegen fysiikan osaston professori ja englantilainen teoreettinen fyysikko. Hänet tunnetaan erityisesti työstään uudenlaisten, nano- ja mikrorakenteisiin tekniikkaan perustuvien optisten materiaalien parissa, ja näistä erityisesti ensimmäisen konkreettisen "näkymättömyysviitan" luomisesta.
Pendry on saanut työstään lukuisia palkintoja, mm. Diracin palkinnon, joka jaetaan brittiläisen teoreettisen fyysikon ja kvanttifysiikan kehittäjän Paul Diracin muistoksi.
- Sähkömagnetiikan, fotoniikan ja metamateriaalien tutkimus ovat Aallon vahvuusalueita. Sir Johnin vierailuohjelmaan kuuluivat vierailut COMP- ja SMARAD-huippuyksiköissä sekä Nanotalossa ja Micronovassa, kertoi sir John Pendryn isäntä, fysiikan professori Risto Nieminen.
Modernin optiikan tutkimus keskiössä
Sir Pendry johdatteli luennossaan paria sataa opiskelijaa ja tutkijaa valon ja sähkömagneettisen säteilyn tieteen historiaan ja omaan modernin optiikan tutkimukseensa.
Näkyvän valon käyttäytymisestä ja sähkömagneettisen säteilyn olemuksesta tietoa tuottaneiden Galileo Galilein, Michael Faradayn, James Clerk Maxwellin ja Albert Einsteinin tutkimusten kautta Pendry toi kuulijat keskiajalta lähelle kvanttifysiikan maailmaa, jossa vanhat fysiikan lait eivät päde, ja josta löytyy uusia ilmiöitä tutkittavaksi.
- Me halusimme optiikan tutkimuksessa ikään kuin ruveta katsomaan aallonpituuden sisään, mutta se oli pitkään mahdollista vain teoriassa, Pendry totesi.
Yleisö kuunteli hievahtamatta Pendryn kertoessa, miten hän optiikan sääntöjä ja fysiikan lakeja yhä uudestaan kyseenalaistamalla suunnitteli uuden metamateriaalirakenteen, joka kykenee verhoamaan kohteen näkymättömäksi, mutta jota ulkopuolinen tarkkailija ei havaitse.
Pendryn optiikan tutkimuksen ytimessä on ajatus, että joillakin aineilla voisi olla kyky tuottaa elektromagneettisen sähkömagneettisen säteilyn negatiivista taittumista. Toisin sanoen niillä on kyky taittaa valoa eri suuntaan, kuin miten se luonnossa tapahtuu. Sitä koskevan teorian esitti venäläinen fyysikkomatemaatikko Victor Veselago (1926- ) vuonna 1967.
Pendry kertoi halunneensa todistaa Veselagon negatiivista magnetismia ja negatiivista taitekerrointa koskevat teoriat oikeiksi.
- Sitten tulivat nämä uudet metamateriaalit. Ne mahdollistivat kokeilut uudenlaisilla rakenteilla ja uudenlaisella kemialla. Sähkömagneettisia ilmiöitä voidaan niissä hallita ihan uudella tavalla.
- Ja kun löysimme nämä uudet materiaalit, ajattelimme yllättää ihmiset, ja niin päätimme uuden rakenteen avulla piilottaa jotain.
Käytännössä "piilo" eli haluttu optinen ilmiö syntyi, kun Pendry keksi lisätä metamateriaalin rakenteeseen pikkuruisia, osittain katkaistuja metallirenkaita.
- Tätä teoreettisesti suunniteltua "näkymättömyysviittakangasta" on myös kyetty valmistamaan ja sen ominaisuudet on voitu mitata.
Pendry kertoi luennossa myös valon negatiivista taittumista koskevasta työstään, joka on johtanut mahdollisuuteen valmistaa niin sanottu täydellinen linssi.
Tähän asti tärkein linssin erotuskykyä rajoittava tekijä on ollut käytettävän valon, eli sähkömagneettisen spektrin ihmissilmällä nähtävän osan aallonpituus. Tiettyjen optisten metamateriaalien avulla on kyetty valmistamaan nanomittaluokan linssimateriaali, jonka erotuskykyä rajoittaa ainoastaan tarkkuus, jolla linssejä kyetään valmistamaan.
Kollokvioesitelmän jälkeen transformatiivisesta optiikasta käytiin tutkijoiden ja opiskelijoiden kesken vielä vilkasta keskustelua.
Teksti: Eeva Pitkälä
Lue lisää:
Seuraava fysiikan Aalto-kollokvio pidetään 8.4.
http://ltl.tkk.fi/wiki/Aalto_physics_colloquium
Sir John Pendry, Imperial College, Lontoo
http://www.cmth.ph.ic.ac.uk/photonics/Newphotonics/
