詳解美國新型隱身衣材料金屬制成易破碎

　　彎曲物體周圍的光波

　　有關超材料(將材料與特殊能力結合，以改變電磁波的運行方向)發展的兩個重大突破，發表在8月13日出版的《自然》雜志和8月15日出版《科學》雜志上。

　　新研制的超材料具有改變光線的傳播方向能力，光線在這種材料中會出現“負折射”。這種材料能像圍繞一塊巖石流淌的河水那樣，完全彎曲物體周圍的光波，從而實現“隱形”的效果。

　　與之相比，在自然界發現的所有材料都具有一個正折射率(positiverefractiveindex)，這是用來衡量電磁波從一種媒介進入另一種媒介時，光線被彎曲的程度的一種方法。在一張說明折射過程的著名插圖中，插入水里的木棒被水淹沒的部分，看起來似乎向水面方向彎曲了。如果水顯示出負折射，木棒被水淹沒的部分將看起來似乎是從水面伸出來。這方面的另一個例子是，如果水存在負折射，在水下泳來游去的魚看起來將像在水面以上的空中移動。

　　實際應用取得重大進步

　　此前，也有其他科研小組制成了具有光頻段功能的超材料，但是那些2D材料僅限于單層人造微粒的使用，它的光彎曲能力不太精確。據以前的報告顯示，具有負折射能力且更厚的3D超材料僅存在于波長更長的微波范圍內。

　　加州大學伯克利分校納米科學技術中心的張翔(音)領導這個科研組研發了兩種新超材料，他說：“我們一直在做的是，采用兩種截然不同的方法，努力制造出能在可見光頻段表現出負折射的超材料。這兩種方法都讓我們在發展超材料的實際應用方面向前邁進了一大步。”納米科學技術中心由國家科學基金會(NSF)資助。張還是加州大學伯克利分校的勞倫斯伯克利國家實驗室材料科學部的一名科學家。

　　人類通過范圍非常狹窄的電磁輻射，即已知的可見光觀看世界。可見光的波長范圍從400納米(紫羅蘭和紫光)到700納米(深紅光)。紅外光波長更長，范圍從大約750納米到1毫米。人類的頭發直徑大約是10萬納米。對一種獲得負折射能力的超材料來說，它的結構數組必須比人類利用的電磁波更小。人們在更長的微波范圍內熟練控制波長已經取得更多成功，但是這并不令人感到吃驚。這種波長的范圍從1毫米直到30厘米不等。

　　利用交替層堆疊制成超材料

　　擁有負折射率的好處

　　像發表在《自然》雜志上的論文中描述的漁網超材料獲得負折射率那樣，擁有真正的負折射率的好處是，它能通過減少干擾，極大地提高天線的性能。負指數材料還能逆轉多普勒效應，以便在靠近時頻率能夠降低，而不是增加。多普勒效應是利用警方雷達槍監控過往車輛的車速的現象。但是這些研究人員說，對納米光學圖像或隱身衣等超材料的大部分應用途徑來說，納米線路和漁網超材料都有可能扮演重要角色。

　　新材料易破碎實際應用還很遙遠

　　這些研究人員在熱烈歡迎這些處于可見光波長范圍內的超材料的形成方法的同時，他們還警告說，它們距離隱身衣和其他應用還很遙遠。例如，這種超材料不像著名小說《哈利·波特》中制造的隱身衣，這種超材料由金屬構成，非常容易破碎。他們表示，形成一種能大規模生產這種材料的方法，也是一個巨大挑戰。不過這些研究人員表示，大塊超材料在可見光波長范圍內獲得負折射，是探索這種隱形裝置的過程中的一個重要轉折點。