新的超材料加倍可以操纵的光范围

通过设计宽带超材料,这使得可以操纵的光波波长范围,斯坦福科学家迈出了设计在整个可见光谱上工作的超材料。


所有天然材料都具有正折射率 - 它们折射光的程度。然而,构成这里所示的超材料棱镜的纳米级人工“原子”设计用于表现出负折射率,并将光偏置到左侧。操纵这种非自然方式的光线的技术可能有一天可以导致隐形斗篷。

超材料的令人兴奋的可能性之一 - 在自然界中没有发现的物质的工程化材料 - 是在可能的方式控制光线的可能性。这种材料的新型光学性质可能导致“完美透镜”,其允许在光学显微镜中直接观察单个蛋白质,或者相反,完全隐藏来自视觉物体的隐形斗篷。

虽然超材料在过去十年中具有革命性的光学,但到目前为止的表现已经受到它们无法在广泛的光带宽上运作。设计整个可见频谱上工作的超级材料仍然是一个相当大的挑战。

现在,斯坦福工程师通过设计宽带超材料,这是一个重要的一步,这是一个宽带超材料,这使得可以操纵的光波长范围。

新材料可以表现出折射率 - 材料偏斜光路径的程度 - 远低于本质上的任何东西。

“自然给予我们的折射率图书馆是有限的,”材料科学与工程助理教授Jennifer Dionne表示,斯坦福国民加速器实验室的斯坦福材料与能源科学研究院联盟成员。“所有天然材料都有阳性折射率。”

例如,标准条件下的空气具有最低的折射率本质上,徘徊在1上方1.折射率为1.33。钻石的约2.4。材料的折射率越高,它越扭曲了其原始路径的光。

然而,如果折射率接近零或负数,则可能发生真正有趣的物理现象。

图片倾斜在一杯水的饮用的秸杆。如果水的折射率为阴性,吸管会出现倒置 - 左向右左右的秸秆倾斜,左右水似乎在水线下方倾斜。

为了使隐形斗篷技术模糊物体或完美的镜头来抑制折射,材料必须能够以类似的方式精确地控制光的路径。超材料提供这种潜力。

与光学性质取决于构成原子的化学性质的天然材料不同,超材料从其纳米级单元电池或“人工原子”的几何形状导出其光学性质。yabovip2021通过改变这些单元电池的几何形状,可以将超材料的折射率调节为正,近零或负值。

一个挂钩是任何此类材料需要与电和磁场的光相互作用。大多数天然材料对可见光和红外波长的光磁场视而不见。以前的超材料努力创造了由两个组分组成的人工原子 - 一个与电场相互作用的组成部分,以及一个用于磁性的组成部分。这种组合方法的缺点是各个成分与不同颜色相互作用,并且通常难以使​​它们在宽范围的波长范围内重叠。

详细介绍了当前发出先进光学材料问题的封面故事迪亚内的集团 - 其中包括毕业生Hadiseh Alaeian和Ashwin atrey和博士后的agdoctoral garcia - 集合设计单一的超材料“原子“具有使其有效地与光的电气和磁性分量有效交互的特性。

该小组使用称为转换光学元件的复杂数学来到新的形状。它们开始使用具有所需光学性质的二维平面结构,但是无限延伸(因此是超级材料的良好“原子”)。

然后,就像在创建地图时,就像装饰者将球体转换成平面,将群组“折叠”二维无限结构进入三维纳米级物体,保持原始光学性质。

转变的物体形状像新月形月亮,在尖端狭窄,中心厚;超材料包括以周期性阵列排列的这些纳入纳入“原子”。如目前所设计的,超材料在可见和近红外光谱的多个区域中在大约250纳米的波长范围内表现出负折射率。研究人员表示,对其结构的一些调整将使这种超材料在整个可见光谱中有用。

“我们可以调整新月的几何形状,或者缩小原子的尺寸,使超材料将覆盖完全可见光范围,从400到700纳米,”atre表示。

这种复合材料可能不会像哈利波特很快就像哈利波特一样的隐形斗篷;虽然它可能是灵活的,但在极大的区域上制造超材料可能很棘手。尽管如此,作者对新材料将开放的研究机会感到兴奋。

“超材料可能会让我们用光线,我们甚至不了解的事情。我甚至无法想象所有的应用程序可能是什么,“Garcia说。“这是一个新工具套件,可以做以前从未完成过的事情。”

出版物:Ashwin C. atre等,“光学频率的宽带负指数超材料”,先进的光学材料,1:327-333;DOI:10.1002 / ADOM.201200022

图片:斯坦福大学

2评论在“新的超材料加倍可以操纵的光范围”

  1. 通过新技术令人兴奋地注意到材料中的负折射率的形成。在所有光学仪器中,通过这些超材料制成的镜片将增加图像的清晰度。早期的技术是使用非常短的波长,如紫外线,x =光谱法中的光线。发现的顶点是用电子显微镜中的电子制成,其中它是形成的电池的阴影而不是来自小原子的反射光。具有超材料的光谱法的良好进展。谢谢。

  2. 良好的抽象 - 感谢您发布源文章信息。

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