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热议:科学家开发新型工艺 可使人造材料完全隐形

2022-06-14 08:48:53 cnBeta.COM
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将某样东西变成隐形在科幻小说中是常见的,例如《哈利·波特》中的隐形斗篷。当然,这听起来很酷,但它在故事中如此常见的原因是,这将是令人难以置信的有用技术。它在间谍活动和军事方面的用途是显而易见的,但还有更多的应用。

鉴于其巨大的用处,科学家和工程师一直在积极研究这个东西,这可能并不令人惊讶。他们也取得了相当多的进展,使用三氧化钼、超材料、超薄膜和电介质材料来制造隐形斗篷。这一切都归结为以适当的方式操纵光线,特别令人惊叹的是,这一领域的创新也可以大大增强传感器、电信、加密和许多其他技术。

太空,最后的边疆......联邦星舰企业号继续执行其探索银河系的任务,这时所有的通信渠道突然被一个无法穿透的星云切断了。在标志性电视剧《星际迷航》的许多情节中,英勇的乘员们必须在短短45分钟的播出时间内 “用技术解决技术”和“用科学解决科学”。尽管在他们的实验室里花费了相当长的时间,罗斯托克大学的一个科学家团队成功地开发了一种全新的人造材料设计方法,这种材料可以通过精确调整的能量流来传输光信号而不产生任何扭曲。

“当光在一个不均匀的介质中传播时,它经历了散射。”罗斯托克大学物理研究所的Alexander Szameit教授描述了他的团队考虑问题的出发点:“这种效应迅速地将紧凑的定向光束转变为漫射光,我们所有人都熟悉夏天的云和秋天的雾。值得注意的是,正是一种材料的微观密度分布决定了散射的具体细节。诱导透明的基本思想是利用一个鲜为人知的光学特性为光束扫清道路,可以这么说。”


【资料图】

这第二个特性,在光子学领域以非恒定性的神秘标题而闻名,描述了能量的流动,或者更准确地说,光束的放大和衰减。直观地说,相关的效应似乎是不可取的--特别是由于吸收而导致的光束衰减,似乎对改善信号传输的任务有很大的反作用。然而,非厄米效应已经成为现代光学的一个关键方面,整个研究领域都在努力利用损失和放大的复杂相互作用来实现高级功能。

这篇论文的第一作者、博士生Andrea Steinfurth说:“这种方法开辟了全新的可能性。关于一束光,有可能在微观层面上选择性地放大或抑制光束的特定部分,以抵消任何退化的发生。为了留在星云的画面中,其光散射特性可以被完全抑制。我们正在积极地修改一种材料,以使其尽可能地传输特定的光信号。为此,能量流必须得到精确控制,因此它可以像拼图的碎片一样与材料和信号结合在一起。”

通过与维也纳工业大学的合作伙伴紧密合作,罗斯托克大学的研究人员成功地应对了这一挑战。在他们的实验中,他们能够在一公里长的光纤网络中重现并观察光信号与他们新开发的活性材料之间的微观互动。

事实上,诱导性透明只是这些发现所带来的迷人的可能性之一。如果真的要让一个物体消失,仅仅防止散射是不够的。相反,光波必须在它后面完全不受干扰地出现。然而,即使在太空的真空中,仅衍射就能确保任何信号将不可避免地改变其形状。“我们的研究提供了以这样一种方式构造材料的配方,即光束通过时,仿佛该材料和它所占据的空间区域都不存在。即使是罗慕伦人虚构的隐形装置也无法做到这一点,”共同作者Matthias Heinrich博士说,这又回到了《星际迷航》的最后边疆。

这项工作中的发现代表了非厄米光子学基础研究的突破,并为敏感光学系统的主动微调提供了新的方法,例如医疗用的传感器。其他潜在的应用包括光学加密和安全数据传输,以及具有定制属性的多功能人工材料的合成。

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