Những người quan tâm tới sự ra đời của áo tàng hình có thể “sốc” khi biết rằng một nhóm nhà nghiên cứu Mỹ đã sản xuất tới 25.000 chiếc áo như vậy. Theo trang Science Daily , điểm đặc biệt về những chiếc áo tàng hình trên là kích cỡ siêu nhỏ: chỉ có đường kính 30 micrômét (trong đó 1 micrômét = 0,001...
Những người quan tâm tới sự ra đời của áo tàng hình có thể “sốc” khi biết rằng một nhóm nhà nghiên cứu Mỹ đã sản xuất tới 25.000 chiếc áo như vậy.
Theo trang Science Daily, điểm đặc biệt về những chiếc áo tàng hình trên là kích cỡ siêu nhỏ: chỉ có đường kính 30 micrômét (trong đó 1 micrômét = 0,001 milimét). Chúng được xếp đặt đồng dạng, cạnh nhau vừa một miếng vàng 25 milimét.
Đây là những chiếc áo tàng hình đầu tiên thuộc loại này trên thế giới và là sản phẩm sáng tạo của các nhà nghiên cứu đến từ hai trường Đại học Towson và Đại học Maryland (Mỹ).
Mặc dù vẫn chưa thể “hô biến” các vật thể mà chúng che phủ như chiếc áo tàng hình của nhân vật phù thủy Harry Potter, nhưng loại áo tàng hình do nhóm nhà khoa học Mỹ sáng chế có khả năng làm chậm lại và thậm chí ngăn chặn ánh sáng, giúp “bắt nhốt” cầu vồng.
Cơ chế “bắt nhốt” cầu vồng được mô tả như sau: Khi được xếp đồng dạng trên cùng một tấm vàng, mỗi chiếc trong số 25.000 áo tàng hình đều sở hữu một thấu kính tí hon có khả năng bẻ cong ánh sáng quanh nó, che giấu một vùng ở trung tâm nó. Khi ánh sáng len qua các khoảng trống giữa mỗi chiếc áo, những thành phần khác nhau của ánh sáng (màu sắc) bị chặn lại ở các điểm hẹp hơn, tạo ra cầu vồng.
Công nghệ tạo “cầu vồng bị bắt nhốt” có thể được sử dụng trong các thiết bị cảm biến sinh học siêu nhỏ, giúp nhận diện các vật liệu sinh học dựa trên lượng ánh sáng mà chúng hấp thụ và sau đó phát xạ. So với ánh sáng di chuyển với tốc độ bình thường, ánh sáng bị giảm tốc tương tác mạnh hơn với các phân tử, giúp cho ra đời các phân tích chi tiết hơn.
Tiến sĩ Vera Smolyaninova, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết: Lợi ích của cấu trúc dàn chip sinh học là bạn có số lượng lớn thiết bị cảm biến cỡ nhỏ, hỗ trợ thực hiện nhiều thí nghiệm cùng một lúc. Ví dụ, bạn có thể kiểm tra nhiều trạng thái của gene trong ADN của một người trong cùng một thí nghiệm.
Trong cách bố trí dàn áo tàng hình của chúng tôi, ánh sáng bị chặn lại ở ranh giới mỗi chiếc áo, giúp chúng tôi quan sát được cầu vồng bị bắt nhốt ở rìa mỗi áo. Điều đó có nghĩa, chúng tôi có thể tạo "quang phổ học trên-một-con chip" và kiểm tra sự phát huỳnh quang tại hàng ngàn điểm cùng một lúc.
Ý tưởng áo tàng hình thường gắn với phép thuật Harry Potter, nhưng các nhà khoa học Mỹ đã tạo ra 25.000 cấu trúc siêu nhỏ mang tên này bằng công nghệ quang học đặc biệt. Thành tựu gây chú ý không phải vì chúng có thể làm biến mất đồ vật, mà vì kích thước mỗi cấu trúc chỉ khoảng 30 micrômét, nhỏ hơn rất nhiều so với mắt thường. Theo Science Daily, một micrômét tương đương 0,001 milimét, vì vậy đường kính của mỗi “chiếc áo” thực tế chỉ bằng một phần rất nhỏ sợi tóc.
Nhóm nghiên cứu đến từ Đại học Towson và Đại học Maryland, cùng phát triển những cấu trúc được xem là các áo tàng hình đầu tiên thuộc loại này trên thế giới. Khi được sắp xếp đồng dạng cạnh nhau, toàn bộ 25.000 cấu trúc có thể nằm gọn trên một miếng vàng rộng 25 milimét. Cách bố trí dày đặc ấy biến tấm vàng thành một dàn thiết bị quang học tí hon, trong đó mỗi áo đảm nhiệm một vị trí riêng biệt.
Dĩ nhiên, những cấu trúc này chưa thể che giấu hoàn toàn một vật thể như chiếc áo phép thuật trong câu chuyện về Harry Potter. Điểm đặc biệt của chúng nằm ở khả năng làm chậm, thậm chí ngăn ánh sáng tại những vùng nhất định, qua đó tạo ra hiện tượng được mô tả là “bắt nhốt” cầu vồng. Ánh sáng không biến mất, mà bị điều khiển để các màu sắc tách ra, dừng lại và tương tác trong những không gian cực kỳ nhỏ.
Mỗi áo tàng hình chứa một thấu kính tí hon, có nhiệm vụ bẻ cong ánh sáng đi vòng quanh cấu trúc trung tâm của nó. Khi ánh sáng đi qua các khoảng trống giữa những áo được xếp cạnh nhau, các thành phần màu sắc của ánh sáng bị chặn tại những điểm hẹp hơn. Sự phân tách và giữ lại ấy tạo nên cầu vồng quanh rìa từng cấu trúc, thay vì để ánh sáng truyền đi nhanh chóng như trong điều kiện thông thường.
Hiện tượng này mở ra khả năng phát triển các cảm biến sinh học siêu nhỏ, dùng để nhận diện vật liệu sinh học thông qua lượng ánh sáng mà chúng hấp thụ rồi phát xạ. Ánh sáng bị giảm tốc có thời gian tương tác với các phân tử lâu hơn, từ đó cung cấp tín hiệu mạnh hơn và hỗ trợ những phân tích chi tiết hơn. Thay vì chỉ quan sát một mẫu duy nhất, các nhà nghiên cứu có thể khai thác hàng nghìn vị trí cảm biến cùng lúc trên một diện tích rất nhỏ.
Tiến sĩ Vera Smolyaninova, trưởng nhóm nghiên cứu, nhấn mạnh lợi ích quan trọng của cấu trúc dàn chip sinh học nằm ở số lượng lớn thiết bị cảm biến cỡ nhỏ. Nhiều cảm biến hoạt động song song giúp các nhà khoa học tiến hành nhiều thí nghiệm trong cùng một lần, giảm diện tích cần thiết và tăng lượng thông tin thu được. Chẳng hạn, một thí nghiệm có thể kiểm tra nhiều trạng thái khác nhau của gene trong ADN từ cùng một người.
Trong cách sắp xếp của nhóm nghiên cứu, ánh sáng bị giữ lại tại ranh giới giữa các áo tàng hình siêu nhỏ. Nhờ vậy, cầu vồng bị bắt nhốt hiện ra ở mép từng áo, tạo thành hàng nghìn điểm quan sát riêng biệt trên tấm vàng. Cấu trúc này cho phép thực hiện “quang phổ học trên-một-con chip”, đồng thời kiểm tra hiện tượng phát huỳnh quang tại hàng ngàn vị trí trong cùng một thời điểm.
Công nghệ vẫn thuộc lĩnh vực nghiên cứu, chưa phải chiếc áo tàng hình có thể làm con người hoặc đồ vật biến mất như trong phim ảnh. Tuy nhiên, việc chế tạo thành công 25.000 cấu trúc kích thước 30 micrômét cho thấy ánh sáng có thể được điều khiển tinh vi trong không gian cực nhỏ. Từ một ý tưởng nghe như phép thuật, những chiếc áo tàng hình này có thể trở thành nền tảng cho cảm biến sinh học và các thiết bị phân tích quang học thế hệ mới.
