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科学家研发出可见光能无限穿透超材料

时间:2019-06-09 00:58:22 来源:互联网 阅读:0次
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光的相位速度和波群速度控制着光在一种介质中的传播。相位速度决定了波峰和波谷在该介质中的运动,波群速度则描述了能量的传播。根据爱因斯坦的理论,光能的传播永远不会快于光速,因此相位速度虽没有物理限制,但波群速度是有限的。当相位速度变为零时,波峰和波谷的运动消失,此时其波长看作是接近无穷大的一个极大值。然而在自然界并不存在这种性质的材料。

研究人员解释说,光在介质中传播的方式取决于介质材料的介电常数,即它对光波电场的阻抗。近零材料(ENZ,介电常数接近零的材料)具有独特的性质,光在其中传播时,几乎没有相位超前。虽然目前已有微波和远红外波谱的人造材料,但可见光范围的块状三维ENZ材料还很难得到。

为制造这种材料,研究小组用精密排列的堆积银和氮化硅纳米薄层,使通过其中的光能“感觉”到这两种材料的光学性质。他们利用聚焦离子束铣削技术对材料结构实现了纳米尺度的控制。因为银的介电常数可以忽略,而氮化硅的介电常数为正,二者结合介电常数在实际效果上就等于零,对光而言所受阻抗看起来也是零,能以无限的相位速度传播,光的波长也近乎无限。

经专门建造的干涉仪显示,光在这种材料中传播时,相对于几乎无限的波长而言,其相位确实没有明显变化。通过改变材料的几何形状,还可调整适用于整个可见光谱的范围。研究人员指出,这种新材料有望在新型微波/纳米光学元件领域大显身手,如透射增强、波阵面造型、控制自发射和超辐射等方面。

总圈点

若是前些年你还会对一些具有稀奇古怪功能的超材料惊叹不已,时至今日或许早已见怪不怪。无论是隐形斗篷,还是超级透镜,这些超材料所具有的天然材料所不具备的超常物理性质,正越来越活灵活现地展现在科学家们面前。尽管“超材料”这一新的观念尚未被学术界,特别是材料学界完全接受,但随着“超材料”研究的持续升温,它带给人们的惊奇将愈发真切,当科幻电影里的场景真实地出现在你的身边时,你没有理由拒绝它的存在。( 常丽君)

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