光子摻雜讓超材料更容易制造
超材料領(lǐng)域是材料科學(xué)、納米技術(shù)和物理、電氣工程等領(lǐng)域的交叉領(lǐng)域,旨在產(chǎn)生不同尋常的電磁特性的材料結(jié)構(gòu)。通過多種材料的精心組合在一個精確的周期結(jié)構(gòu)中,由此產(chǎn)生的材料表現(xiàn)出的性能,否則不可能存在,如負(fù)折射率等材料特性。有些材料甚至可以在其結(jié)構(gòu)表面形成電磁波的通道,使其對于特性波長的光變得不可見。 一個超材料的組成部分所需要的精度,也被稱為包裹體,已經(jīng)是其發(fā)展和應(yīng)用的一個具有挑戰(zhàn)性的一步。 現(xiàn)在,賓夕法尼亞大學(xué)的工程師有辦法制作一個單一的制作材料,提供了一種簡便的制造工藝,且包含所有的有用的功能。 類似于電子的“興 奮 劑”,即其中加入少量的原子雜質(zhì),一個“純粹”的材料賦予其電子性質(zhì)的計算和傳感裝置的必要特性,這種“光子摻雜”將允利用光與物質(zhì)的相互作用的方法許進(jìn)行雕刻和剪裁,這將對于光學(xué)技術(shù)的未來產(chǎn)生影響,如靈活的光子學(xué)領(lǐng)域。 該研究發(fā)表在《科學(xué)》雜志上,由電氣和系統(tǒng)工程教授Nader Engheta、H. Nedwill Ramsey領(lǐng)銜,連同他的團(tuán)隊成員,Iñigo Liberal, Ahmed M. Mahmoud,Yue Li 和 Brian Edwards。 “就像電子摻雜,當(dāng)在一種純的物質(zhì)結(jié)構(gòu)中增加一個外來原子,該純物質(zhì)宿主的電子和光學(xué)性質(zhì)將會發(fā)生顯著的改變,”Engheta說,“'光子摻雜’意味著增加一個專門的光子物質(zhì)到專門的光子宿主結(jié)構(gòu)中,這樣可以作為顯著改變光散射的原始結(jié)構(gòu)的一個重要途徑”。 這種現(xiàn)象與特定的類具有介電常數(shù)的材料相結(jié)合,這一參數(shù)與材料的電響應(yīng)相互作用,在數(shù)學(xué)上表示為希臘字母ε,其值幾乎是零。 這些參數(shù)的關(guān)鍵質(zhì)量近為零或稱為近零材料,這種材料的波的磁場是均勻的分布在二維近零材料平面上的,而不論其截面形狀。這種近零材料或者是自然形成或可以通過傳統(tǒng)的超材料制作方法進(jìn)行制作。 不是工程師設(shè)計復(fù)雜的周期性結(jié)構(gòu)顯著地改變這種材料的光學(xué)和磁學(xué)性質(zhì),Engheta和他的團(tuán)隊設(shè)計了一個包含在一個二維近零材料結(jié)構(gòu)來完成同樣的任務(wù)方式:改變光的波長,將反射或通過,或改變材料結(jié)構(gòu)的磁響應(yīng) |