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超材料研发出光学隐形斗篷!

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发表于 2013-6-17 10:45:35 | 显示全部楼层 |阅读模式

导读:最近斯坦福大学的工程师设计了一种“隐形”超材料,其结构在设计上可以引导电磁波绕过物体,只让它们在物体的另一侧出现,就好像穿过一个空无的空间,达到让物体隐形的效果。最可喜的是,这种材料的色域折射范围几乎囊括了各种可见光的颜色。

还记得电影《哈利波特》中的隐形斗篷吗,这种斗篷的原理是,使用可以对普通波波长达到负折射指数的材料, 比如把从红色变成紫色,跟周围环境融为一体。通常这种人工结构的光学材料,限制了隐形的颜色范围,某种材料只对特定颜色有隐形作用。

但斯坦福大学的工程师设计了一个颜色控制域超宽的超材料,超材料的结构在设计上可以引导电磁波绕过物体,只让它们在物体的另一侧出现,就好像穿过一个空无的空间,达到让物体隐形的效果。最可喜的是,这种材料的色域折射范围几乎囊括了各种可见光的颜色。

之前杜克大学制造的第一个隐形斗篷,是通过弯曲物体周围的光线来达到隐形目的的,如下图示意,当然实际的隐形过程要复杂地多。而且当时你不能控制隐形的是哪一部分,只能保证有一部分是隐形的。

为了达到有效的隐身,你必须对所有的光波波长达到显著控制的能力,而这个是由光学材料决定的,通常都是纳米级别的,本质上是一些微小的电磁场和电路,但能处理光的电场和磁场。

全新的超材料

以前试验过的超材料可以控制的波长是非常有限的,斗篷也只对几种特别的光具有隐形功能,比如黄色的时候效果就特别不明显。但斯坦福大学的团队设计了一种新型的超材料,其结构优势允许材料有效处理多种颜色下的电场和磁场。

材料中使用到的技术叫做“保角变换”(又称保角映射),根据材料的属性,可以把一个二维材料“折叠”成一个三维纳米级的对象,形状就像一弯新月,但是保留了那些光的原始性质。

新的斯坦福超材料由一个三维周期性阵列组成,来源于三种人工的纳米粒子。进入到可见光的时候,材料会显示出负折射指数(光会朝着相反的方向折射)的特性,比如可以把蓝色变成红色。实验的结果证明,除了那些非常极端的可见光谱,一般的光谱都可以成功进行负折射。

经过后续的一些调整处理后,这个材料将会对整个可见光谱的作用非常大,斯坦福大学表示,基于这个原理某一天制造真正的隐形斗篷将是非常容易的,当然是相对于人眼来说的,

不过这些可以自由控制光的超材料将来会带来什么呢,这是非常让人期待的,混乱还是便利?


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