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澳大利亞與俄羅斯科學(xué)家首度研發(fā)出可以透過光來控制特性的超材料(metamaterial)。這種新型的超材料是由包含電子線圈加上光電二極管(photo diode)的金屬共振器所組成，未來可望應(yīng)用在雷達(dá)與通訊系統(tǒng)上。 10年前登場的超材料具有次波成的人造周期性結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中包含微小的金屬棒與金屬環(huán)，在于特定波長范圍內(nèi)的電磁波照射下，能產(chǎn)生不尋常的反應(yīng)，例如讓光朝反方向偏折的負(fù)折射率(negative refractive index)�？茖W(xué)家已利用這種特性制作出超級透鏡(superlens)，能將光聚焦至比波長還小的區(qū)域，使光學(xué)顯微鏡的分辨率突破繞射極限。另一種應(yīng)用則是所謂的隱形斗蓬(invisible cloak)。 超材料通常有固定的結(jié)構(gòu)，因此制成之后無法調(diào)整其特性。然而就在最近，由Ilya Shadrivov及Yuri Kivshar所領(lǐng)導(dǎo)的國立澳洲大學(xué)及國立信息、機(jī)械及光學(xué)研究大學(xué)(SPbNRU ITMO)研究團(tuán)隊(duì)，找到一個破解的方法。他們制作的超材料不單是以往的簡單金屬圖樣，而是包含線圈與光電二極管。 該團(tuán)隊(duì)的超材料是以類似制作印刷電路板的方式，在金屬板上制作銅質(zhì)隙環(huán)共振器(split-ring resonator, SRR)數(shù)組。SPR由兩個有缺口的銅環(huán)構(gòu)成，半徑為3.25 mm、幅寬0.5 mm、厚30 μm，間距為1 mm。兩個銅環(huán)都有0.4 mm的缺口，內(nèi)置光電二極管及線圈。他們隊(duì)利用光電二極管照光所產(chǎn)生的電壓來改變超材料的共振頻率，因此得以調(diào)制材料的折射率，進(jìn)而控制通過樣品的微波偏折的方向。 Shadrivov表示，根據(jù)他們的設(shè)計(jì)，若以強(qiáng)度隨空間變化的光照射SPR數(shù)組，還能以不均勻的方式改變超材料的特性。這點(diǎn)可望用來制造可重新設(shè)定的碟型天線或反射鏡(例如改變焦點(diǎn)或反射率)，以便在不同波長下操作。此種新結(jié)構(gòu)可以用來制作能強(qiáng)烈吸收光的材料，或是特性能重新設(shè)定的隱形斗蓬。詳見Phys. Rev. Lett. 109, p.083902 (2012)。 
光控超材料 |
