超材料能使光线扭曲

文章来源：pengchengzk 更新时间：2015-04-03

澳大利亚国立大学的科学家已经揭开了任意扭曲光线的秘密。这一技术是光子学领域取得的最新进展，比电子技术更快速、更简单、更高效低碳。对洗涤筐的一次无意发现使得研究小组创造出了一种叫做超材料（metamaterial）的新型材料。这些人工材料具有异于天然材料的超凡特性。 "我们的材料可以让光线发生扭曲，也就是扭转了光的偏振面，而且其变化的数量级比天然材料要强很多，"作为论文主要作者，澳大利亚国立大学物理工程研究生院（RSPE）的博士生Mingkai Liu说，"并且我们能够直接将扭曲的效果用光线呈现出来。" 电子产品的碳排放约占全球总量的2%，光学的发展有希望将这个数字进一步拉低。当前，光纤传输的光信号已经取代了长距离的电信传输。下一步将研制出类似电子计算机芯片的光子材料，这需要主动控制光的不同特性，例如调控光的偏振态。 实验中，材料的偏振旋转能力基于分子的不对称性。这同样发生在天然矿物质和材料中。例如糖是非对称结构，因此偏振旋转可以用来测量糖的浓度，这对糖尿病研究是很重要的。 然而，同样来自RSPE的论文共同作者David Powell博士表示，超材料的这些非凡特性可能被率先使用在新兴的光电产业。"这是一个全新的光加工技术，"他说，"这些材料制成的薄片可以大量取代笨重的反射镜和透镜。如此带来的小型化或许可以引导人们创新出更多微型光电设备，例如光电子晶体管。" 超材料由微小金属构成的模型（元原子，即meta-atom）组成。为了实现光的旋转，Mingkai Liu博士和他的同事利用了一对C形元原子，将其中一个通过细线悬挂在另一个下方。当光线照在这一元原子对上时，上方的一个便开始旋转，整个系统便处于不对称状态。 Mingkai Liu表示，"这个系统具有很高的响应性，因为让一个挂着的东西转起来很容易。" 他说："我是某天在我的脏衣服里发现了一团线头时，突然有了这个灵感"。 "当光线照射元原子结构时，它们发生了移动，这一现象为我们开拓了全新的思路。"他表示，"因为光照会影响系统的对称性，所以我们仅仅利用光束便可以改变材料的响应性。利用这些人工超材料制造设备，其可调谐性至关重要"。