Le professeur Tomoshiro OCHIAI de l'Université Préfectorale de Toyama a présenté un modèle théorique d'une "cape d'invisibilité", pour laquelle une onde électromagnétique ne subirait aucune réflexion ou retard de phase après l'avoir traversée. Il a utilisé pour cela les caractéristiques d'un corps diélectrique artificiel, le "métamatériau" à indice de réfraction négatif. Un tel métamatériau permettrait d'obtenir des lentilles sans aucune réflexion, des lentilles à focale absolue ou tout autre dispositif de contrôle d'ondes électromagnétiques, dispositif extrêmement difficiles à produire avec les technologies actuelles. La "cape d'invisibilité" est un exemple d'application de ce métamatériau.
Ce projet a été réalisé par le professeur OCHIAI du département des systèmes d'information de la faculté d'ingénierie de l'Université de Toyama, en collaboration avec deux autres chercheurs de l'Université de St-Andrews en Ecosse, et de l'Université du Futur de Hakodate.
La "cape d'invisibilité" proposée est en réalité un objet de forme cylindrique qui possède la propriété de contourner autour de son axe, les ondes planes pour une longueur d'onde donnée. Le front d'onde redirigé autour de l'axe retrouve la forme d'une onde plane à la sortie, l'amplitude et la phase étant conservées. Ainsi, pour une longueur d'onde donnée, aucune réfraction ou retard de phase n'est provoqué, permettant ainsi de visualiser le paysage se situant de l'autre côté de la "cape d'invisibilité".
Cette "cape" est composée de 4 milieux d'indices de réfraction différents, en plus de l'air ambiant qui l'entoure, avec une disposition de manière à ce que le carré de l'indice augmente en direction de l'axe. Lorsque de la lumière est projetée de loin sur la "cape", elle commence à osciller grandement à partir d'une distance égale à 3 fois le rayon, et traverse les différentes interfaces. Au centre de la "cape", quel que soit l'angle d'incidence du rayon, aucune lumière ne pénètre. C'est pourquoi un objet placé au centre de cette "cape" ne sera pas visible de loin. Le rayon de cette zone "invisible" dépend de la distribution des indices et de sa valeur maximale.
Les conditions imposées lors de la conception des milieux étaient qu'il n'y ait: - pas de réflexion à la limite de chaque média - pas de retard de phase entre la lumière traversant le média et celle au lointain - pas de changement de direction entre l'entrée et la sortie de la lumière Cela a été rendu possible en combinant le "métamatériau", à indice de réfraction négatif, avec des matériaux classiques.
Les recherches sur la réalisation d'une "cape d'invisibilité" ont connu un essor depuis 2006. Il existe des hypothèses de développement employant les micro-ondes par exemple. Cependant, toutes ces recherches employaient des matériaux à indices de réfraction positifs, nécessitant alors des corps biréfringents, c'est à dire présentant des indices de réfraction différents selon l'angle d'incidence du front d'onde. L'utilisation du "métamatériau" permet de contourner cette limite mathématique, et il ne "suffit " alors que de produire ce métamatériau pour obtenir une "cape d'invisibilité".
Les résultats ont été publiés dans le "Journal of Mathematical Physics" de mars 2008.
