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高效超材料可吸收所有光线

已有 3759 次阅读 2008-6-4 17:17 |个人分类:学术快讯


 
近日,来自美国波士顿学院和杜克大学的科学家研究小组研制出一种高效超材料(metamaterial),能够吸收所有到达其表面的光线,达到光线完全吸收的科学标准。这项研究报告发表在近期出版的《物理评论快报》(PRL)上。
 
波士顿学院物理学家威利·J·帕迪利亚说,“当光线打击材料介质时会出现三种情况:光线被反射,比如光线照射镜面时;光线被传播,比如光线照射在玻璃窗户上时;最后一种情况就是光线被吸收并转换成热量。这种最新设计的超材料可以确保光线既不被反射,也不在其中传播,而是将光线完全吸收转换成热量。我们设计的超材料具有特殊的频率可以吸收所有打击在其表面上的光量子。”该研究小组除帕迪利亚之外,还包括波士顿学院研究员内森·I·兰迪和杜克大学大卫·R·史密教授、研究员索基·萨吉伊格比和杰克·J·莫克。
 
研究小组基于之前用于设计共鸣器的作用场,用计算机模拟实现了电场和磁场结合在一起能够成功吸收所有放射光线。由于这种超材料成份可以分别吸收电磁波的电场和磁场,从而可以较高地吸收窄频范围的光线。
 
帕迪利亚称,这种超材料第一次示范了对光线的完全吸收,它不同于独立建造于金属元件的传统吸收材料,现使该材料更加柔韧,适合应用于收集和探测光线。
 
超材料的设计赋予其新的特征,突破了它本身的物理成份限制,能够依据光线放射程度进行“剪裁定制”。由于该材料的设计基于几何等级,这种超材料可以应用于相当数量的电磁光谱。(来源:新浪科技 魏冬)
 
(《物理评论快报》(PRL)上,doi:10.1103/PhysRevLett.100.207402,N. I. Landy,W. J. Padilla)
 
更多阅读(英文)
 
注:“超材料(metamaterials)”的基本定义

 

Metamaterial”是本世纪物理学领域出现的一个新的学术词汇,近年来经常出现在各类科学文献。拉丁语“meta-”,可以表达“超出、亚、另类”等含义。对于metamaterial一词,目前尚未有一个严格的、权威的定义,各种不同的文献上给出的定义也各不相同。但一般文献中都认为metamaterial是“具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料”。在互联网上颇有影响的维基百科(Wikipedia)上,对metamaterial一词是这样解释的:

 

In electromagnetism (covering areas like optics and photonics), a meta material (or metamaterial) is an object that gains its (electromagnetic) material properties from its structure rather than inheriting them directly from the materials it is composed of. This term is particularly used when the resulting material has properties not found in naturally formed substances.

 

这一解释可能是迄今对metamaterial这一概念给出的最符合科学规范的定义,尽管这一定义从目前的观点看过于狭隘(该定义似乎只针对电磁领域的材料,而实际上,最新的研究metamaterial已经包括一些声学材料)。从这一定义中,我们可以看到metamaterial重要的三个重要特征:

1metamaterial通常是具有新奇人工结构的复合材料;

2metamaterial具有超常的物理性质(往往是自然界的材料中所不具备的);

3metamaterial性质往往不主要决定与构成材料的本征性质,而决定于其中的人工结构。

目前人们已经发展出的这类“超材料”包括光子晶体、左手材料、以及超磁性材料等等。

引自周济的博客http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=6534



https://wap.sciencenet.cn/blog-3082-27841.html

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