Учёные создали материал темнее чёрной дыры: зачем нужна ткань, поглощающая 99,995% света

Представьте, что вы смотрите на трёхмерный предмет, но видите лишь абсолютно плоский чёрный силуэт. Мозг не может распознать объём или фактуру, потому что нет теней и бликов. Именно так выглядит вещь, покрытая самым чёрным материалом на Земле. Инженеры из Массачусетского технологического института (MIT) создали покрытие, которое поглощает 99,995% падающего света. Рассказываем, как работает эта ловушка для света и где её можно применить на практике.

Ловушка для фотонов

Секрет абсолютной темноты кроется в структуре материала. Учёные вырастили на алюминиевой фольге густой «лес» из многостенных углеродных нанотрубок.

Когда частица света попадает в эти «заросли», она теряется. Фотон бесконечно отражается от стенок хаотично переплетённых нанотрубок. С каждым ударом его электромагнитная энергия поглощается углеродом и превращается в обычное тепло.

В результате лишь 0,005% излучения вырывается наружу. Это настолько ничтожное количество, что человеческий глаз и точные оптические детекторы не способны его уловить. Из-за этого глаз видит вместо предмета абсолютную черноту.

История случайного открытия

Удивительно, но исследователи из MIT изначально не пытались побить рекорды темноты. Команда профессора Брайана Уордла и Кэхана Цуя искала способ улучшить электропроводность и теплопроводность алюминия. Для этого они решили вырастить на нём углеродные нанотрубки.

Главной проблемой в этом процессе был слой оксида, который мгновенно образуется на алюминии на воздухе и мешает трубкам закрепиться. Учёные придумали очищать металл в растворе обычной соли (хлорида натрия) с помощью ультразвука. После этого фольгу сразу помещали в бескислородную печь.

На очищенном металле нанотрубки выросли прекрасно, а электрическое сопротивление границы раздела снизилось в пять раз. Но главным сюрпризом стал внешний вид образца. Измерения в лаборатории показали рекордное поглощение света под любым углом.

Зачем нужна «абсолютная тьма»

Новый материал решает реальные задачи в науке, промышленности и искусстве.

• Космические телескопы. При поиске далёких планет свет от ярких звёзд ослепляет оптику телескопов. Если покрыть внутренние детали приборов ультрачёрным материалом, он поглотит лишние блики. Это позволит астрономам разглядеть тусклые экзопланеты земного типа.
• Военные технологии. Покрытие отлично подходит для создания маскировки и стелс-технологий. Оно снижает заметность техники и беспилотников не только в видимом, но и в инфракрасном (тепловом) спектре излучения.
• Солнечная энергетика. Ультрачёрный слой поможет солнечным гелиотермальным электростанциям улавливать максимум света и мгновенно передавать тепло дальше по системе без потерь энергии.
• Искусство. Художница Димут Стребе вместе с учёными MIT покрыла новым материалом жёлтый бриллиант стоимостью два миллиона долларов. Сияющий камень визуально превратился в плоскую чёрную дыру. В отличие от создателей Vantablack, которые продали эксклюзивные права на использование краски одному художнику, команда MIT сделала свою технологию полностью открытой для некоммерческих арт-проектов.

Vantablack против разработки MIT

До открытия MIT эталоном темноты в мире считался Vantablack. Однако учёные из Массачусетса шагнули далеко вперёд не только в процентах поглощения света, но и в механической прочности.

В оригинальном Vantablack нанотрубки растут строго вертикально. Это делает материал невероятно хрупким: он необратимо сминается от малейшего прикосновения. Разработка MIT имеет хаотичную и переплетённую структуру. По словам физиков, она ведёт себя как жёсткая металлическая губка. Новый материал выдерживает серьёзные перегрузки, удары, вибрации и даже суровое воздействие открытого космоса.

Кроме того, нанотрубки MIT крепятся напрямую к металлу. Это обеспечивает отличную электропроводность. Vantablack, напротив, требует дополнительных барьерных слоёв, которые выступают в роли изоляторов и ухудшают контакт.

За рамками видимого спектра

Создание ультрачёрных покрытий — это не просто красивый визуальный фокус. Такие материалы важны для экспериментальной физики и становятся базой для сверхчувствительных научных приборов нового поколения. В будущем инженеры планируют масштабировать технологию для работы в микроволновом и терагерцевом диапазонах. Конечная цель исследователей — создать абсолютно чёрное тело, которое будет поглощать ровно 100% энергии и навсегда исключит любые оптические помехи в экспериментах.