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神奇的超材料和隱形材料(下)

2023-10-16 284

“神奇的超材料和隱形材料”

2000年,Pendry提出超級(jí)透鏡的想法

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    2000年底,Pendry提出了利用超材料構(gòu)造超級(jí)透鏡的想法。超級(jí)鏡頭是理論上的鏡頭,可以超越傳統(tǒng)鏡頭的衍射極限工作,允許通常由于其衍射極限而衰減的近場(chǎng)光線聚焦,從而允許亞波長(zhǎng)成像,這些超級(jí)透鏡最初被認(rèn)為是不可能構(gòu)造的。Pendry推測(cè),可以利用超材料的負(fù)折射率行為來(lái)開(kāi)發(fā)一種材料。

超材料的共振性影響其證明

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    然而,在實(shí)踐中,這被證明是一項(xiàng)極其困難的任務(wù),因?yàn)槌牧系墓舱裥再|(zhì)使它們對(duì)傳播輻射具有高度色散性。他們對(duì)所選擇的折射參數(shù)也高度敏感,這將設(shè)計(jì)限制在非常窄的工作波長(zhǎng)帶內(nèi)。此外,在光波長(zhǎng)下設(shè)計(jì)具有負(fù)磁導(dǎo)率的超材料在當(dāng)時(shí)是不可行的。這限制了微波輻射概念的實(shí)驗(yàn)。

超級(jí)透鏡的實(shí)驗(yàn)證明

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    到 2003 年,Pendry的理論首次通過(guò)利用金屬對(duì)微波的負(fù)介電常數(shù)在微波頻率下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)證明。2005年,兩個(gè)獨(dú)立小組報(bào)告成功生產(chǎn)了紫外線范圍內(nèi)的潘德里超級(jí)鏡頭,使用紫外線照射的薄銀層來(lái)拍攝小于所用波長(zhǎng)的物體的照片。其他實(shí)驗(yàn)還證明了使用超材料微波超級(jí)透鏡來(lái)改善核磁共振成像。

張翔團(tuán)隊(duì)和光學(xué)超級(jí)透鏡

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    不久之后,物理學(xué)家張翔領(lǐng)導(dǎo)的伯克利團(tuán)隊(duì)用超薄銀層制造出了第一個(gè)光學(xué)超級(jí)透鏡,其分辨率比最好的光學(xué)顯微鏡好幾倍。兩年后,姜健鏡頭的一種變體能夠分辨出相距 150 納米的兩條納米線,這個(gè)間隙比單波可見(jiàn)光還要窄。

2004年,Pendry提出用超材料制作隱形材料

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    2004年,在一次演講中,Pendry提出了超材料特性的另一個(gè)理論含義,即它們可以被設(shè)計(jì)用于隱形。DARPA非常重視這些想法。此后不久,大衛(wèi)·史密斯在美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)的資助下,與彭德里(Pendry)合作建造了一個(gè)隱形裝置。通過(guò)這次合作,第一個(gè)功能性隱形斗篷于 2006 年建成,它可以引導(dǎo)微波輻射繞過(guò)銅圓柱體,使其不被檢測(cè)到。

2008年,張翔制作出納米級(jí)三維光學(xué)超材料

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    在 Pandry 和 Smith 取得成功之后,伯克利的張翔研究團(tuán)隊(duì)嘗試將隱形技術(shù)推向可見(jiàn)光譜,并建立了3D 納米制造實(shí)驗(yàn)室,致力于創(chuàng)造超材料。到 2008 年中期,張的團(tuán)隊(duì)邁出了制造光學(xué)隱形斗篷的第一步,他們制造了一種納米級(jí)三維光學(xué)超材料,該材料由 21 塊交替的銀片和玻璃狀物質(zhì)組成。這種被稱(chēng)為“魚(yú)網(wǎng)”的材料,會(huì)導(dǎo)致光線在穿過(guò)交替層時(shí)以不尋常的方式彎曲。

Simth團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了微波隱形材料

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    幾個(gè)月后,Pandarin Smith 進(jìn)一步改進(jìn)了他們的微波隱形實(shí)驗(yàn),創(chuàng)造了一種可以掩蓋其下方物體,免受微波探測(cè)的裝置。值得注意的是,它的輻射范圍比之前的嘗試更寬。

光學(xué)隱身仍難以捉摸

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    盡管微波輻射的研究正在進(jìn)行并且取得了相對(duì)成功,但迄今為止,由于在超材料內(nèi)操縱光的技術(shù)挑戰(zhàn),光學(xué)隱身仍然難以捉摸。穿過(guò)材料的光通常會(huì)被吸收,直到輻射的能量在某個(gè)時(shí)刻消失,這使得以有效的方式引導(dǎo)其傳播成為一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

制造技術(shù)的限制

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    此外,創(chuàng)建可以與較短波長(zhǎng)的光相互作用的納米級(jí)結(jié)構(gòu),將當(dāng)前的納米制造技術(shù)推向了極限。除了這些技術(shù)挑戰(zhàn)之外,隱身技術(shù)還存在一個(gè)重大的實(shí)際缺陷,因?yàn)殡[身物體周?chē)妮椛鋾?huì)彎曲,物體也無(wú)法觀察周?chē)氖澜纭?/span>

超材料開(kāi)辟了新的可能性

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    盡管存在這些限制,對(duì)超材料的輻照翹曲特性的研究仍然開(kāi)辟了新的技術(shù)可能性。它的原理甚至已經(jīng)轉(zhuǎn)移到聲波和其他非電磁輻射領(lǐng)域的操縱中。隨著納米技術(shù)的進(jìn)步,能夠創(chuàng)造出遠(yuǎn)小于光波長(zhǎng)的結(jié)構(gòu),一個(gè)以曾經(jīng)看似不可能的方式控制電磁頻譜的全新世界正在等待著我們。


文章源自:Achillesccj


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