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科學家研發出可見光能無限穿透的超材料

發布時間:2013-10-16 作(zuò)者: 來源:科技日報(bào) 瀏覽:941

      據物理學家組織網10月(yuè)14日(北京時間)報道,荷蘭原子與(yǔ)分子物理研究所物質基礎研究所和美國賓夕法尼亞大學科(kē)學家合作,製(zhì)造出一種由堆積銀和氮化矽納米層構成的(de)新材料,能賦予可見(jiàn)光近乎無限的波長。該材(cái)料有望在(zài)新型光學元件、光線路(lù)等(děng)領域大顯身手,也可用於設計更高效的發光二極管。相關論文發表在13日出版的《自然?光子學》雜誌上。
      光的相位速度和波群速度控製著光在(zài)一種介(jiè)質中的傳播。相(xiàng)位速度決定(dìng)了波峰(fēng)和波穀在(zài)該介質中(zhōng)的運動,波群速度則描述了能量的傳播。根據愛因斯坦的理論,光能(néng)的(de)傳播永遠不會快於光速,因此相位速度雖沒有(yǒu)物理限製,但波群速度是有限的。當相位速度變為零時(shí),波(bō)峰和波穀的運動(dòng)消失,此時其波長看作是接近無窮大的一個極大值。然而在自然界並不存在這種性質的材料。
      研(yán)究(jiū)人員解釋說,光在介質中(zhōng)傳播的方式取決於介質材料的介電常數,即它對光波電場的阻抗。近零材(cái)料(ENZ,介電常數接近零的材(cái)料)具有獨特的性質,光在其中(zhōng)傳播時,幾乎沒有相位超前。雖然目(mù)前已有微波和遠紅外波(bō)譜的(de)人造材料,但可見(jiàn)光範圍(wéi)的塊狀三維ENZ材料還很難得到。
      為製造這種(zhǒng)材料,研究小組用精(jīng)密排列的堆積銀和(hé)氮化矽納米薄層,使通過(guò)其中的光能(néng)“感覺”到這兩種材料的光學性質。他們利用聚焦離子(zǐ)束銑削技術對材料結構(gòu)實現了納米尺(chǐ)度的(de)控製。因為銀的介電常數可以忽略(luè),而氮化矽的介電常數為正,二(èr)者結合介電(diàn)常數在實際效果上(shàng)就等於零,對光而言所受阻抗看起來(lái)也是零,能以無限的相位速度傳播,光的波長也近乎無限。
      經專門建造的幹涉儀顯示,光在這(zhè)種材料中傳播(bō)時,相對(duì)於幾乎無限的波長而言(yán),其相位(wèi)確實沒有明顯變化。通(tōng)過改變材料的(de)幾何形狀,還(hái)可調整適用於整(zhěng)個可見光譜的(de)範圍。研究人員指出,這種新材料有望在新型微波/納米光學元件領域大顯(xiǎn)身手,如透(tòu)射增強、波陣麵造型、控製自發射和超輻射等方麵。

    總編輯圈點(diǎn)
      若是前些(xiē)年你還會對一些具有稀奇古怪功能(néng)的超材料驚歎不(bú)已,時至今日或許早已見怪不怪。無論是隱形鬥篷,還是超級透鏡,這些超材料所具有的天然材料(liào)所不具備的超常物理性質,正(zhèng)越來越活靈活現地展現在科學家們麵前(qián)。盡管“超材料”這一新的觀念尚未被學術界,特別是材料學界(jiè)完全接(jiē)受,但隨著“超材料”研究的持續升溫,它帶給人們的驚奇將愈發真切,當科幻電影裏的場景真實地出現在你的身邊時,你沒(méi)有理由拒絕它的存在。

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