神奇的超材料和隐形材料(下)

2023-10-16 441

“神奇的超材料和隐形材料”

2000年,Pendry提出超级透镜的想法

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    2000年底,Pendry提出了利用超材料构造超级透镜的想法。超级镜头是理论上的镜头,可以超越传统镜头的衍射极限工作,允许通常由于其衍射极限而衰减的近场光线聚焦,从而允许亚波长成像,这些超级透镜最初被认为是不可能构造的。Pendry推测,可以利用超材料的负折射率行为来开发一种材料。

超材料的共振性影响其证明

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    然而,在实践中,这被证明是一项极其困难的任务,因为超材料的共振性质使它们对传播辐射具有高度色散性。他们对所选择的折射参数也高度敏感,这将设计限制在非常窄的工作波长带内。此外,在光波长下设计具有负磁导率的超材料在当时是不可行的。这限制了微波辐射概念的实验。

超级透镜的实验证明

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    到 2003 年,Pendry的理论首次通过利用金属对微波的负介电常数在微波频率下进行实验证明。2005年,两个独立小组报告成功生产了紫外线范围内的潘德里超级镜头,使用紫外线照射的薄银层来拍摄小于所用波长的物体的照片。其他实验还证明了使用超材料微波超级透镜来改善核磁共振成像。

张翔团队和光学超级透镜

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    不久之后,物理学家张翔领导的伯克利团队用超薄银层制造出了第一个光学超级透镜,其分辨率比最好的光学显微镜好几倍。两年后,姜健镜头的一种变体能够分辨出相距 150 纳米的两条纳米线,这个间隙比单波可见光还要窄。

2004年,Pendry提出用超材料制作隐形材料

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    2004年,在一次演讲中,Pendry提出了超材料特性的另一个理论含义,即它们可以被设计用于隐形。DARPA非常重视这些想法。此后不久,大卫·史密斯在美国国防部高级研究计划局(DARPA)的资助下,与彭德里(Pendry)合作建造了一个隐形装置。通过这次合作,第一个功能性隐形斗篷于 2006 年建成,它可以引导微波辐射绕过铜圆柱体,使其不被检测到。

2008年,张翔制作出纳米级三维光学超材料

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    在 Pandry 和 Smith 取得成功之后,伯克利的张翔研究团队尝试将隐形技术推向可见光谱,并建立了3D 纳米制造实验室,致力于创造超材料。到 2008 年中期,张的团队迈出了制造光学隐形斗篷的第一步,他们制造了一种纳米级三维光学超材料,该材料由 21 块交替的银片和玻璃状物质组成。这种被称为“鱼网”的材料,会导致光线在穿过交替层时以不寻常的方式弯曲。

Simth团队创造了微波隐形材料

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    几个月后,Pandarin Smith 进一步改进了他们的微波隐形实验,创造了一种可以掩盖其下方物体,免受微波探测的装置。值得注意的是,它的辐射范围比之前的尝试更宽。

光学隐身仍难以捉摸

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    尽管微波辐射的研究正在进行并且取得了相对成功,但迄今为止,由于在超材料内操纵光的技术挑战,光学隐身仍然难以捉摸。穿过材料的光通常会被吸收,直到辐射的能量在某个时刻消失,这使得以有效的方式引导其传播成为一项挑战。

制造技术的限制

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    此外,创建可以与较短波长的光相互作用的纳米级结构,将当前的纳米制造技术推向了极限。除了这些技术挑战之外,隐身技术还存在一个重大的实际缺陷,因为隐身物体周围的辐射会弯曲,物体也无法观察周围的世界。

超材料开辟了新的可能性

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    尽管存在这些限制,对超材料的辐照翘曲特性的研究仍然开辟了新的技术可能性。它的原理甚至已经转移到声波和其他非电磁辐射领域的操纵中。随着纳米技术的进步,能够创造出远小于光波长的结构,一个以曾经看似不可能的方式控制电磁频谱的全新世界正在等待着我们。


文章源自:Achillesccj


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