透明化は、長らくSFやファンタジーの驚異の一つであり、近年では物理学の分野でも注目を集めている。しかし物理学者たちは透明マントの概念を解明した一方で、ハリー・ポッターのマントのように人間サイズの物体を隠せる実用的な装置は、まだ作り出せていない。
物体は、その形状に応じて光の波を歪ませるため、人間の目に見える。物体から発せられた光が目に入る際にこの歪みを捉えることで、私たちは物体を見ている。同様に、物体は進路上の物体に反射する電波やマイクロ波を発するレーダーにも見えうる。
これまでのほとんどの透明マントは、目や、レーダーなど別の装置の働きを操作するように光を曲げる人工材料で作られている。しかし、これらは一般に 小さな物体にしか効果を発揮しない。しかし、この状況は変わりつつあるかもしれない。 新たな実験 により、任意の形状の小さな物体を可視光から完全に隠せるマントが、初めて作り出された。このマントは、これまでのいずれの先行品よりも薄く柔軟で、より大きな物体を隠すために拡大することもでき、この科学を製造・販売可能なものへと変える可能性がある。
乱雑なメタマテリアル
最初の透明マントは、 2006年に英国の科学者ジョン・ペンドリーによって作られた。これは、可視光ではなくマイクロ波を曲げる素材でできており、わずか数マイクロメートルの微小な2次元物体の周囲で、光があたかも物体に触れずに直進したかのように見せた。それ以来、 より優れたバージョン が、2次元と3次元の両方で、他の波長でも機能するものとして作られてきた。
これらの透明マントのほぼすべては、 メタマテリアルを利用している。メタマテリアルとは、自然界には存在しない特性を示すように設計された材料の一種である。一般に、ガラス、金属、プラスチック、あるいはナノ粒子を充填した電気絶縁体である誘電体などで作られた、小さな内部構造を持つ。こうした構造により、光と珍しい形で相互作用させることができる。しかし、これらは一般に大型になりやすく、規模を拡大することが難しい場合がある。
もう一つの問題は、透明マントが光を完全に隠すことが 困難である という点だ。わずかでも光が漏れ出せば、隠された物体を完全に透明にすることはできない。
有望な技術
新しいマントは、従来の装置よりも洗練されている。極めて薄く、可視光の波長を完全に反射させることで、36×36マイクロメートルの小さな3次元物体を隠すことができる。これはこれまでには実現されていなかったことだ。そして、おそらく最も重要な特徴は、この技術によってより大きな物体を隠せるよう拡大できる可能性があることだ。
一方で欠点もある。このマントは730ナノメートルの波長の光、すなわち可視光のうち赤外線に近い部分でしか機能しない。レーダーなど特定の装置から物を隠すには役立つかもしれないが、人間の目から隠すには、可視光スペクトル上のすべての波長の光を散乱させられるよう改良する必要がある。これを実現するまではまだ道のりがあるが、実現に近づきつつある。
このマントは、物体を金の層で包むことで隠している。その層は ナノアンテナ から成り、厚さはわずか80ナノメートルだ。マント内のアンテナは、物体に当たる光を操作し、代わりに平らな面に反射しているように見せる。その結果、物体の形状を見分けることはできなくなる。
透明化技術には、 多くの潜在的な用途があり、軍事応用から生物医学、コンピューティング、さらにはエネルギー収集に至るまで幅広い。
例えば、このマントは航空機を レーダーから見えなくすることに使える。レーダーに探知されないよう設計されたステルス機は、第二次世界大戦中にドイツで初めて製造されたと考えられており、光の反射と放射を抑える多くの技術を用いている。このマントは、近接して配置されたアンテナを互いに分離するためにも使うことができ、最終的には アンテナアレイ の占有面積を縮小し、将来の通信システムをさらにコンパクトにする。
一方、英国の QUESTプロジェクトは、ロンドン大学クイーン・メアリー校が主導し、電磁場を操作する新たな方法を見いだすことを目指しており、 薄型吸収体（不要な入射波を散逸させられるもの）の基礎物理に挑んでおり、グラフェンとメタマテリアルを組み合わせることで、「ステルス」な壁紙を開発し、無線セキュリティを確保した環境を作り、携帯機器の干渉を減らし、電波を再利用して移動通信の容量を増やすことに取り組んでいる。
これほど多くの重要な応用があるため、透明マントがさらに優れた実用的なものになるのは、時間の問題にすぎないだろう。次々と登場する先進的な製造ツールの助けを借りて、さらに10年が経った今、透明化の未来が見えつつある。
本記事は、 The Conversationとの協力により掲載されたものです。掲載は世界経済フォーラムによる見解の支持を意味するものではありません。
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著者：Yung Hao氏はアンテナ・電磁気学の教授である。
画像：研究者が、物体を見えなくするために、角度をつけたガラスブロックを通過する光を示している。REUTERS/Edgar Su。
