Camouflage lavet af kvantemateriale kan skjule dig fra infrarøde kameraer

Infrarøde kameraer registrerer mennesker og andre genstande ved den varme, de udsender. Nu, forskere har opdaget et materiales uhyggelige evne til at skjule et mål ved at maskere dets afslørende varmeegenskaber.

Effekten virker for en række temperaturer, som en dag kan omfatte mennesker og køretøjer, præsentere et fremtidigt aktiv for stealth-teknologier, siger forskerne.

Det, der gør materialet specielt, er dets kvantenatur – egenskaber, der er uforklarlige af klassisk fysik. Studiet, offentliggjort i dag i Proceedings of the National Academy of Sciences , er et skridt tættere på at låse op for kvantematerialets fulde potentiale.

Arbejdet blev udført af videnskabsmænd og ingeniører ved University of Wisconsin-Madison, Harvard Universitet, Purdue University, Massachusetts Institute of Technology og Brookhaven National Laboratory.

At narre infrarøde kameraer er ikke nyt. I løbet af de sidste par år, forskere har udviklet andre materialer lavet af grafen og sort silicium, der leger med elektromagnetisk stråling, også skjule genstande fra kameraer.

Men hvordan kvantematerialet i denne undersøgelse narrer et infrarødt kamera er unikt:det afkobler et objekts temperatur fra dets termiske lysstråling, hvilket er kontraintuitivt baseret på hvad man ved om, hvordan materialer opfører sig i henhold til fundamentale fysiklove. Afkoblingen gør det muligt at skjule information om et objekts temperatur fra et infrarødt kamera.

Opdagelsen overtræder ikke nogen fysiske love, men antyder, at disse love kan være mere fleksible end konventionelt antaget.

Kvantefænomener har en tendens til at komme med overraskelser. Flere egenskaber ved materialet, samarium nikkeloxid, har været et mysterium siden dens opdagelse for et par årtier siden.

Shriram Ramanathan, en professor i materialeteknik ved Purdue, har undersøgt samarium nikkeloxid de seneste 10 år. Tidligere i år, Ramanathans laboratorium har medopdaget, at materialet også har den kontraintuitive evne til at være en god isolator af elektrisk strøm i miljøer med lavt iltindhold, snarere end en ustabil leder, når ilt fjernes fra sin molekylære struktur.

Derudover samarium nikkeloxid er et af få materialer, der kan skifte fra en isolerende fase til en ledende fase ved høje temperaturer. University of Wisconsin-Madison forsker Mikhail Kats mistænkte, at materialer med denne egenskab kunne være i stand til at afkoble temperatur og termisk stråling.

"Der er et løfte om at udvikle termisk stråling til at kontrollere varmeoverførslen og gøre det enten lettere eller sværere at identificere og sondere objekter via infrarød billeddannelse, " sagde Kats, en lektor i el- og computerteknik.

Ramanathans laboratorium skabte film af samarium nikkeloxid på safirsubstrater, der skal sammenlignes med referencematerialer. Kats' gruppe målte spektroskopisk emission og fangede infrarøde billeder af hvert materiale, mens det blev opvarmet og afkølet. I modsætning til andre materialer, samarium nikkeloxid virkede knap varmere, når det blev varmet op og holdt denne effekt mellem 105 og 135 grader Celsius.

"Typisk, når du opvarmer eller afkøler et materiale, den elektriske modstand ændres langsomt. Men for samarium nikkeloxid, modstand ændres på en ukonventionel måde fra en isolerende til en ledende tilstand, som holder sine termiske lysemissionsegenskaber næsten de samme i et bestemt temperaturområde, " sagde Ramanathan.

Fordi termisk lysemission ikke ændres, når temperaturen ændres, det betyder, at de to er afkoblet over et 30-graders område.

Ifølge Kats, denne undersøgelse baner vejen for ikke kun at skjule information fra infrarøde kameraer, men også til at lave nye typer optik og endda selv forbedre infrarøde kameraer.

"Vi ser frem til at udforske dette materiale og relaterede nikkeloxider til infrarøde kamerakomponenter såsom justerbare filtre, optiske begrænsere, der beskytter sensorer, og nye følsomme lysdetektorer, " sagde Kats.