超曲曲光材料制成隐形衣


  圣安德鲁斯大学(Researchers at the University)的研究人员已经创造出了一片灵活的超材料,能够操控可见光。“这是一项非常重要的进步,”斯蒂芬·卡莫(Steven Cummer)如是说,他是杜克大学(Duke University)电气和计算机工程教授,发明了第一件用超材料制作的隐形斗篷,他说,“在无线电频率下,我们知道怎样制作很多这样的东西,但是在光波波长,这些东西的制作一直很受局限。”

  超材料使研究者们可操控电磁波,超越了天然材料中物理学所允许的界限。这种超材料不仅有希望制成更好的太阳能电池和高分辨率显微透镜,也可用于制造所谓的隐形斗篷,在这种隐性斗篷中,电磁波弯曲绕过物体,就像这件物体根本不存在一样。

  然而,超材料的制作所用透镜必须小于被控电磁波的波长。这就意味着,隐形斗篷(以及大多数通常的超材料设备)起作用的波长,都大于可见光中所见的波长,比如无线电和微波频率。超材料的设计,意在配合光波波长,所以,制作就采用了刚性、易碎的基质,结果,这些超材料就只能局限于实验室。

  这种新型超材料,发明人命名为“超弯曲”( Metaflex),它的制作是在一个刚性基板上。第一层最原始的保护层材料沉积在这个基板上,以防止后边的沉积层粘住基板。然后,一片灵活、透明的塑胶聚合物被放置其上。接下来,是一个光刻工艺,类似于那种用来制造硅芯片的,这一工艺会创建一组金条格栅,每根金条长约100-200纳米,厚约40纳米,就在聚合物的上面。(这些金条充当“纳米天线”,交互感应入射的电磁波)。接着,这种超弯曲材料被浸在一种化学品中,这就会使聚合物脱离其下面一层,也会脱离刚性基板。

  通过改变纳米天线的长度和间距,超弯曲材料可以被调谐,以交互感应不同波长的光。研究人员测试的简单小片材料,只能够阻止一部分入射光线,而且是在特定的波长,但这足以证明,超弯曲材料是一种可利用的超材料。圣安德鲁斯大学的研究人员们试验的波长短至620纳米(对应于红色)。

  到目前为止,研究人员已经创造出柔韧性薄片,大至5×8毫米,薄至4微米。虽然一个指甲大小的样品看起来似乎很小,但是这却是迈进了一大步,超越了显微尺寸下的其它光学超材料。圣安德鲁斯大学的科学家们相信,超弯曲材料可制成更大尺寸,可以大量生产。“这绝对可以扩展到工业生产的水平,”安德烈·迪·法尔科(Andrea Di Falco)说到,他是论文第一作者,该论文昨日发表在《新物理学期刊》上,介绍了这种材料。

  即使尺寸较小,这种材料的弹性也可能带来很大的优势。“你真的希望能够将光学超材料塑造成圆柱或球形剖面。”这能够制成,例如,弯曲超级透镜,这种透镜能够放大很小的物体,这些物体现在还不能通过光学透镜看见,是因为衍射效应。“在刚性基板上,要想创造出这种东西几乎是不可能的,”杜克大学的卡莫说道,但是利用一种弹性材料,“你可以制作成平面形状,然后很容易弯曲成想要的形状。”

  迪·法尔科(Di Falco)相信,可以将超弯曲材料薄片叠在一起,形成厚层和成块的材料,从而利用大量的三维体积成形,创造出第一种光学超材料。这个进步可能会打开通向新属性的大门,或许能够同时处理多种波长的光。其他一些研究者已经创造出的一种超材料,经过调谐,可响应不同的单一波长,这当然是在装配后,但是,理想的情况是,它们应该像这样一种材料,就是能够适应广泛的波长,而且是同时适应。这或许就可以通过叠加超弯曲材料薄片实现,每块薄片要调谐到适应不同的波长。

  研究人员下一步要做的,是创建这些叠加的薄片层,并且研究当这些薄片扭曲、拉伸或弯曲的时候,超弯曲材料的属性是如何改变的。

  最后,迪·法尔科说,超弯曲材料有一些应用,例如,操控隐形眼镜中内置的LED 发出的光线,以增强现实感,这样,电脑产生的画面就能够投射到眼镜佩戴者的视网膜上。当然,也有隐形。“有些有弹性的东西,你可以将其嵌入织物中。然后,你可以试想改变每个薄片层的属性,从而改变织物的反应,这样产生的一些效果类似伪装。因此,是的,这就有了一些根据,可以制成隐形斗篷。不是明天就能做出来,但那将是我努力去做的,”迪·法尔科说道。