中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：超材料是一種能讓光線改變方向的材料，大大提高了人們控制光線的能力。最近，美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所（NIST）科學(xué)家用銀、玻璃和鉻造出一種納米結(jié)構(gòu)的新型超材料。作為一種可見光的“單行道”，它能在一個(gè)方向幾乎完全遏制光線傳播，而另一個(gè)方向使光線暢通無阻。研究人員認(rèn)為，這種“單向光路”將來有望在光學(xué)信息處理、新型生物傳感設(shè)備中大顯身手。
目前許多納米結(jié)構(gòu)的超材料也能讓微波或紅外光在介質(zhì)中單向傳播，但迄今還未能實(shí)現(xiàn)可見光的單向傳播，因?yàn)楝F(xiàn)有設(shè)備相對(duì)于可見光來說太大了，無法控制可見光波長。現(xiàn)在所謂的“單向鏡”并不能使光單向傳播，而是一種半透半反鏡，通過兩邊透射和反射的光強(qiáng)差異造成一種視覺上的差異。
NIST研究員徐亭（音譯）和漢瑞·利澤克將兩種光控納米結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起：一層玻璃一層銀堆疊成的“千層糕”和鉻金屬制作的“柵欄”。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)7月2日（北京時(shí)間）報(bào)道，銀—玻璃結(jié)構(gòu)是一種典型的“雙曲面”介質(zhì)材料，能按光的方向以不同方式處理光。由于材料層極薄，僅幾十納米，而可見光波長在400納米到700納米，因此對(duì)外部射進(jìn)來的可見光來說，材料是不透明的，在材料內(nèi)部，光線能以一個(gè)狹小的角度范圍傳播。
他們用薄膜沉淀技術(shù)造出了一塊由20層極薄二氧化硅玻璃和銀交替組成的超材料，然后在材料兩面各加了一組“鉻柵”，一邊鉻柵的間隙小于入射光波長，能使入射光改變方向只能在材料內(nèi)部傳播；另一邊“鉻柵”能把要射出的光反射回材料內(nèi)。雖然第二組“鉻柵”未能完全防止光線“逃出”，但經(jīng)檢測(cè)，正向傳播的光比逆向返回的光要多30倍左右，超過現(xiàn)有的任何其他同類材料。
用現(xiàn)有方法來制造這種結(jié)合材料，是實(shí)現(xiàn)可見光單向傳播的關(guān)鍵。利澤克說，如果沒有銀—玻璃塊，就要把“鉻柵”排列得更精細(xì)，超過現(xiàn)有技術(shù)能達(dá)到的水平。
這些材料在光通訊領(lǐng)域中很有前景，比如將其整合到光子芯片上，分離或合并光波攜帶的信號(hào)。此外，還能用在生物傳感領(lǐng)域，探測(cè)微小粒子。納米粒子就像“鉻柵”，也能使光線轉(zhuǎn)向通過材料并從另一端出來，由此可以作為一種探測(cè)器。利澤克說：“這是一種很酷的設(shè)備，即使它表面有極小粒子，光線傳播也會(huì)有極大變化?！?
總編輯圈點(diǎn)
正常情況下光路是可逆的，兩邊入射的結(jié)果應(yīng)該一樣，這導(dǎo)致因反射造成的光向后傳播難以控制，這是光學(xué)設(shè)備的常見問題，嚴(yán)重降低了光通訊系統(tǒng)的性能，也阻礙了集成光學(xué)電路的發(fā)展。因此，我們急需一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)光線單向傳播的光隔離器，讓光線像電流一樣可控，從而把光傳播的優(yōu)異性能發(fā)揮出來。本研究主要解決的便是可見光傳播的“可控”，除了材料學(xué)的成就，它還可能帶動(dòng)通訊等多領(lǐng)域的顛覆性進(jìn)步，甚至一批劃時(shí)代產(chǎn)品的出現(xiàn)。
