炎炎夏日，當(dāng)你在享受一杯冰鎮(zhèn)飲料的清爽冰涼時，也許會有這樣的念頭：杯子里的冰塊能否像QQ糖一樣有彈性呢？在人們的常識中，冰是一種透明易碎的脆性物質(zhì)，沒有彈性、無法彎折。

近日，浙江大學(xué)光電學(xué)院童利民教授團隊把“不可能變成可能”，他們聯(lián)合來自交叉力學(xué)中心和加州大學(xué)伯克利分校的合作者，發(fā)現(xiàn)生長成單晶微納光纖的冰，在性能上與玻璃光纖相似，既能夠靈活彎曲，又可以低損耗傳輸光。

北京時間7月9日，相關(guān)研究結(jié)果在《科學(xué)》雜志以研究長文（Research Article）發(fā)表。論文的共同第一作者為浙大光電學(xué)院博士生許培臻和崔博文，共同通訊作者為浙大光電學(xué)院郭欣副教授和童利民教授，合作者包括浙大交叉力學(xué)中心卜葉強博士、王宏濤教授，浙大光電學(xué)院王攀研究員和加州大學(xué)伯克利分校沈元壤教授。

用冰來制備光纖

冰是地球及很多地外天體（地外行星、衛(wèi)星、彗星等）表面最普遍、最豐富和最重要的物質(zhì)之一，在物理化學(xué)、生命科學(xué)、大氣環(huán)境、地球物理學(xué)、天文學(xué)等很多領(lǐng)域中發(fā)揮不可替代的作用。從古至今，人類對冰的好奇心從未停息，特別是在過去的幾個世紀(jì)里，基于近代科學(xué)技術(shù)發(fā)展起來的光學(xué)、電學(xué)和力學(xué)等實驗手段，人們對冰進(jìn)行了廣泛深入的研究，從冰的高壓相、二維結(jié)構(gòu)等新形態(tài)，到電子束光刻等應(yīng)用探索，對冰的認(rèn)識和應(yīng)用能力得到了很大的提升。

然而，作為最常見的物質(zhì)之一，我們對冰的認(rèn)識仍然存在很大的未知空間。比如，我們通常認(rèn)為，冰是一種脆性的易碎物質(zhì)，所以容易產(chǎn)生雪崩、冰川滑移和海冰碎裂等自然現(xiàn)象。已有的實驗數(shù)據(jù)也支持上述認(rèn)識，目前實驗測到的冰的最大彈性應(yīng)變?yōu)?.3%左右，大于這個值就會碎裂。雖然理論計算曾預(yù)測，理想情況下，冰的彈性應(yīng)變極限有可能大于10%，但是真實冰晶中由于存在結(jié)構(gòu)缺陷，能夠達(dá)到的應(yīng)變值遠(yuǎn)低于理論極限。

另一方面，光纖作為一種將光約束和自由傳輸?shù)墓δ芙Y(jié)構(gòu)，是目前光場操控最有效的工具之一。將標(biāo)準(zhǔn)光纖直徑減小到波長甚至亞波長量級，成為微納光纖，提升或引入光場在空間約束、近場相互作用、表面增強、波導(dǎo)色散及光動量效應(yīng)等方面的調(diào)控能力，在近場耦合、光學(xué)傳感和量子光學(xué)等方面具有獨特優(yōu)勢，是目前光纖領(lǐng)域的前沿研究方向之一。微納光纖的光場調(diào)控能力，很大程度上取決于光纖材料的結(jié)構(gòu)形態(tài)及其光場響應(yīng)特性。常規(guī)的玻璃光纖，主要成分為氧化硅（石英沙），是地殼中含量最豐富的材料之一，在光傳輸中具有寬帶低損耗等優(yōu)異特性，被“光纖之父”高錕先生稱為“古沙傳捷音”。

實際上，在地球及很多地外星球表面，比古沙更普遍的物質(zhì)是冰或液態(tài)水，童利民團隊提出能否用冰來制備光纖？在長達(dá)四年的研究中他們給出了肯定答案。