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(guān)超材料(將材料與特殊能力結(jié)合，以改變電磁波的運行方向)發(fā)展的兩個重大突破，發(fā)表在8月13日出版的《自然》雜志和8月15日出版《科學(xué)》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(xiàn)“負(fù)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(xiàn)“隱形”的效果。

　　與之相比，在自然界發(fā)現(xiàn)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(jìn)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(fù)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(fù)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(yīng)用取得重大進(jìn)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(jù)以前的報告顯示，具有負(fù)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(nèi)。

　　加州大學(xué)伯克利分校納米科學(xué)技術(shù)中心的張翔(音)領(lǐng)導(dǎo)這個科研組研發(fā)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(xiàn)出負(fù)折射的超材料。這兩種方法都讓我們在發(fā)展超材料的實際應(yīng)用方面向前邁進(jìn)了一大步。”納米科學(xué)技術(shù)中心由國家科學(xué)基金會(NSF)資助。張還是加州大學(xué)伯克利分校的勞倫斯伯克利國家實驗室材料科學(xué)部的一名科學(xué)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(fā)直徑大約是10萬納米。對一種獲得負(fù)折射能力的超材料來說，它的結(jié)構(gòu)數(shù)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(nèi)熟練控制波長已經(jīng)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(fù)折射率的好處

　　像發(fā)表在《自然》雜志上的論文中描述的漁網(wǎng)超材料獲得負(fù)折射率那樣，擁有真正的負(fù)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(fù)指數(shù)材料還能逆轉(zhuǎn)多普勒效應(yīng)，以便在靠近時頻率能夠降低，而不是增加。多普勒效應(yīng)是利用警方雷達(dá)槍監(jiān)控過往車輛的車速的現(xiàn)象。但是這些研究人員說，對納米光學(xué)圖像或隱身衣等超材料的大部分應(yīng)用途徑來說，納米線路和漁網(wǎng)超材料都有可能扮演重要角色。

　　新材料易破碎實際應(yīng)用還很遙遠(yuǎn)

　　這些研究人員在熱烈歡迎這些處于可見光波長范圍內(nèi)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(yīng)用還很遙遠(yuǎn)。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(gòu)成，非常容易破碎。他們表示，形成一種能大規(guī)模生產(chǎn)這種材料的方法，也是一個巨大挑戰(zhàn)。不過這些研究人員表示，大塊超材料在可見光波長范圍內(nèi)獲得負(fù)折射，是探索這種隱形裝置的過程中的一個重要轉(zhuǎn)折點。