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荷蘭科學家發明可見光折射率為零的裝置

發(fā)布時間:2012-11-16 作者: 來源:中國(guó)科學報 瀏覽:1141502

  一個由物理(lǐ)學家和(hé)工程師組成的研究小(xiǎo)組日前宣稱,在一個納米尺度的裝置內,可見光的速(sù)度能達到無限快。當然,該小(xiǎo)發(fā)明並不會(huì)帶來瞬時通信(xìn),愛因斯坦相對論中提出的著名速(sù)度限製也仍然有效,但是,這個小東(dōng)西將有各種各(gè)樣的(de)用途,包括在一種光學電路中充當一個要素。

  在真空中,光大約以3億米/秒的速度傳播(bō)。而在諸如玻璃等物質中,其傳播速(sù)度會(huì)變慢。但是,科學家們能使用奇怪(guài)的方法(fǎ)操(cāo)縱光和物質的(de)交互作用,來(lái)調整光的折射率,例如使其變成負數,這樣能(néng)帶來光的彎曲。

  《科學》雜誌在線報道稱,現在,荷蘭原子和(hé)分子物理學研究所物理學家Albert Polman、美國賓夕法尼亞大學電氣工程師Nader Engheta及其(qí)同事們實現了一個非常奇特的“壯舉”。

  他們(men)發明了一個微小裝置,在(zài)這裏,可(kě)見光的折射率為零,因此,光波以一個特別的波長(zhǎng)快速(sù)傳播,速度甚(shèn)至達到無限快。

  這個裝置包含一個85納米厚、2000納米長,被銀環繞的絕緣二氧化矽(guī)矩形杆,光通常(cháng)無法穿透這個矩形杆。結果(guǒ)是形成了一個被(bèi)稱為波導的光傳送空間。

  研(yán)究人員還做成了二氧(yǎng)化矽寬度從120納米到400納米的不同裝置,並將研究成果發表在了《物理評(píng)論快報》上。

  這裏,光的表(biǎo)現不(bú)同,因為(wéi)電磁(cí)場必須服從確定的“邊界條件”。一般而言,對向傳播光波的高峰和(hé)低穀重疊,就產生了明(míng)亮和(hé)黑暗的條帶。一旦截止波長(zhǎng)正確,就會發生有趣的事情(qíng)。那時整個波導被照亮,而不是產生條帶狀的圖案。因此,光沿著(zhe)波(bō)導的長度同步振(zhèn)蕩。

  之前,Engheta領導的研(yán)究小組也曾製造出較長波長輻射的零折射率。不過,在可見光上重複這項工作更加困難,因(yīn)為設備太小而無法容納光源。

  因此,研究人員通(tōng)過擊中一個電子束在波導裏產生所有波長的光,並且測量了泄漏(lòu)的光量。研究人員發現,以特殊波長照射出(chū)去的光量取決於電子束是否進入某一點(diǎn),這裏對(duì)於這(zhè)個波長(zhǎng)來說可能有一(yī)個光亮或(huò)黑暗的點。因此通過沿著波導掃描電子束,並(bìng)檢測輸(shū)出量,研究人員追蹤了每個波長的光圖像。

  為何這一現(xiàn)象沒有違反相對論?因為(wéi)光有(yǒu)兩種速度,Engheta解釋道。“相速度”是指一個給定波長傳播速度多快,而“群速度”指的是光運送能量或信(xìn)息的速度(dù)有多快。而隻(zhī)有群速度必然比光在真空(kōng)中傳(chuán)播的速度慢。

  這個設備將有多種用途,Engheta說,它能夠幫助製作出期望(wàng)中的(de)納米(mǐ)級(jí)光學電路導管。

  一批這樣的波導甚至能夠製出(chū)一種有零折射(shè)率的疏(shū)鬆材料。但是,製(zhì)造(zào)這種排列可(kě)能十分(fèn)具有挑戰(zhàn)性(xìng),美國佐治亞理工(gōng)學院電氣工程師Wenshan Cai說:“理論上很簡單,但(dàn)操作上很困難。”

 

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