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        神奇的超材料和隱形材料(下)

        2023-10-16 249

        “神奇的超材料和隱形材料”

        2000年,Pendry提出超級透鏡的想法

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            2000年底,Pendry提出了利用超材料構造超級透鏡的想法。超級鏡頭是理論上的鏡頭,可以超越傳統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光線聚焦,從而允許亞波長成像,這些超級透鏡最初被認為是不可能構造的。Pendry推測,可以利用超材料的負折射率行為來開發一種材料。

        超材料的共振性影響其證明

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            然而,在實踐中,這被證明是一項極其困難的任務,因為超材料的共振性質使它們對傳播輻射具有高度色散性。他們對所選擇的折射參數也高度敏感,這將設計限制在非常窄的工作波長帶內。此外,在光波長下設計具有負磁導率的超材料在當時是不可行的。這限制了微波輻射概念的實驗。

        超級透鏡的實驗證明

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            到 2003 年,Pendry的理論首次通過利用金屬對微波的負介電常數在微波頻率下進行實驗證明。2005年,兩個獨立小組報告成功生產了紫外線范圍內的潘德里超級鏡頭,使用紫外線照射的薄銀層來拍攝小于所用波長的物體的照片。其他實驗還證明了使用超材料微波超級透鏡來改善核磁共振成像。

        張翔團隊和光學超級透鏡

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            不久之后,物理學家張翔領導的伯克利團隊用超薄銀層制造出了第一個光學超級透鏡,其分辨率比最好的光學顯微鏡好幾倍。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,這個間隙比單波可見光還要窄。

        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理論含義,即它們可以被設計用于隱形。DARPA非常重視這些想法。此后不久,大衛·史密斯在美國國防部高級研究計劃局(DARPA)的資助下,與彭德里(Pendry)合作建造了一個隱形裝置。通過這次合作,第一個功能性隱形斗篷于 2006 年建成,它可以引導微波輻射繞過銅圓柱體,使其不被檢測到。

        2008年,張翔制作出納米級三維光學超材料

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            在 Pandry 和 Smith 取得成功之后,伯克利的張翔研究團隊嘗試將隱形技術推向可見光譜,并建立了3D 納米制造實驗室,致力于創造超材料。到 2008 年中期,張的團隊邁出了制造光學隱形斗篷的第一步,他們制造了一種納米級三維光學超材料,該材料由 21 塊交替的銀片和玻璃狀物質組成。這種被稱為“魚網”的材料,會導致光線在穿過交替層時以不尋常的方式彎曲。

        Simth團隊創造了微波隱形材料

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            幾個月后,Pandarin Smith 進一步改進了他們的微波隱形實驗,創造了一種可以掩蓋其下方物體,免受微波探測的裝置。值得注意的是,它的輻射范圍比之前的嘗試更寬。

        光學隱身仍難以捉摸

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            盡管微波輻射的研究正在進行并且取得了相對成功,但迄今為止,由于在超材料內操縱光的技術挑戰,光學隱身仍然難以捉摸。穿過材料的光通常會被吸收,直到輻射的能量在某個時刻消失,這使得以有效的方式引導其傳播成為一項挑戰。

        制造技術的限制

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            此外,創建可以與較短波長的光相互作用的納米級結構,將當前的納米制造技術推向了極限。除了這些技術挑戰之外,隱身技術還存在一個重大的實際缺陷,因為隱身物體周圍的輻射會彎曲,物體也無法觀察周圍的世界。

        超材料開辟了新的可能性

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            盡管存在這些限制,對超材料的輻照翹曲特性的研究仍然開辟了新的技術可能性。它的原理甚至已經轉移到聲波和其他非電磁輻射領域的操縱中。隨著納米技術的進步,能夠創造出遠小于光波長的結構,一個以曾經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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