數字超材料具奇異光學特性：可生隱身衣

新浪科技訊 北京時間25日消息，據國外媒體報導，美國和澳大利亞兩國科學家近日聯合在《自然材料學》期刊上發表論文，提出了一種名為“數字超材料”的新概念。所謂“數字超材料”，是一種通過特定設計、擁有奇異光學特性的超材料。研究人員認為，這種數字超材料將有助於加快諸如隱身衣、超透鏡等特殊設備的面世進程。

據科學家介紹，所謂超材料，就是利用玻璃、金屬、塑料等物質的微觀亞單元以重覆的方式進行重組而人工製造出的材料。重組后，這種超材料將擁有許多奇異的特性，如可以以非常規方式與光相互作用。這些特性都是自然材料所不具備的。澳大利亞悉尼大學光子學與光學教授鮑裏斯-庫爾梅解釋，“超材料的概念其實就是模擬原子與光相互作用的方式，但是人造結構比光本身的波長更小。通過這種方式，物質的光學特性不再局限於原有物質，而是可以進行任意設計。”

美國賓夕法尼亞大學科學家正是從超材料概念獲得靈感，並依據二進制布爾代數理論提出了數字超材料。二進制系統几乎應用於所有的數字電子設備，如計算機、智能電話等。複雜數字設備的數字信息通常都是通過“0”和“1”編碼形成的。所謂“數字超材料”就是通過一種簡化的方式所構造的超材料，但同樣可以實現複雜、多樣化的特性。澳大利亞斯威本科技大學光電子學教授顧民認為，“這種新技術的優點就在於它的簡單性。”

通過模擬兩維空間中的方法，研究人員摸索了僅僅採用兩種特定選擇的組成物質構造超材料的可能性。這種特定選擇的組成物質，也被稱為“超材料位”，就好比是二進制計算機代碼中的“1”或“0”。超材料位的重組過程也就是超材料的“數字化”過程。在研究中，科學家們選擇使用了納米尺寸的銀或硅(玻璃)作為重組所需的超材料位。這些材料可以在各自的層次以完全不同的方式與光相互作用。一旦“數字化”成功，所生成的超材料則擁有自己的獨特特性，與原始材料的特性完全不同。

澳大利亞迪肯大學納米技術專家蒂凡尼-沃爾什介紹，“物質組成部分之間通過這種方式相互結合，可以生在三維或二維空間中以規則組合方式所不曾擁有的現象。”原材料組成部分要想擁有超材料的特性，是非常耗時且昂貴的。這種全新的超材料生成方式可以幫助研究人員僅僅使用兩種組成材料即可獲得想要的光學特性。

庫爾梅認為，“僅僅使用兩種組成材料，比如一種金屬和一種緣體(本研究中採用的是銀和硅)，以適當的比例重組，即可實現任何想要的光學特性。這就是本項研究所提出的數字超材料概念。”沃爾什教授則認為，“這就好比是將聲波從模擬轉換為數字模式。”

這種超材料的重要應用之一就是它們對光的處理與操作。沃爾什解釋，“我們已經知道該如何處理輻射，比如光線。我們可以利用放大鏡聚焦光線；我們可以利用鏡面反射光線，改變光線的方向。但是，這種超材料可以完成更複雜的任務，它們可以使光線彎曲，可以讓光線散射，還可以以其它非同尋常的方式操作光線。”

通過數字化方式，研究人員可以製造齣電容率極低的特殊超材料，這種材料在自然界是非常罕見的。此外，這種技術還可以有更為高級的應用，如隱身衣等隱身設備的製造等。顧民認為，“未來這種數字化設計方法能夠製造出光學隱身衣，那將更為有趣。”(彬彬)