美華裔科學(xué)家突破“隱身衣”關(guān)鍵技術(shù)障礙

　　把一雙筷子放入水杯，水面下的部分會(huì)稍微彎曲，但水面上、下部分在傾斜方向上還是一致的；如果把一雙筷子放入“負(fù)折射率”超材料中，你會(huì)看到超材料中的筷子完全“折斷”，即與空氣中的筷子傾斜角度相反……這就是超材料的神奇之處。昨天，美國華裔科學(xué)家、亞利桑那大學(xué)物理系教授辛皓做客科學(xué)會(huì)堂，在上?？茀f(xié)大講壇上，介紹了他和合作者在超材料領(lǐng)域的最新研究成果——在實(shí)驗(yàn)室里成功研制出有源超材料，突破“隱身衣”的關(guān)鍵技術(shù)障礙。

　　所謂超材料，是指擁有自然界并不存在的性能的合成材料。其中，電磁超材料能對光（電磁波）的傳播進(jìn)行非尋常的有效控制，通過人為設(shè)計(jì)，任意設(shè)定光的折射率，包括負(fù)折射率和零折射率。本世紀(jì)初以來，超材料成為材料科學(xué)的熱點(diǎn)領(lǐng)域，很多研究成果使人們覺得，《哈利·波特》等小說中描寫的“隱身衣”將成為現(xiàn)實(shí)。

　　直到去年，實(shí)驗(yàn)室里最先進(jìn)的電磁超材料仍存在三大缺陷：一是只適用于窄頻率甚至單頻率，如在紅光照射下，超材料制成的“隱身衣”能使光繞開其包裹的物體，但在另一個(gè)頻率的藍(lán)光照射下，物體就現(xiàn)出原形；二是材料損耗大，照射到超材料上的大部分光會(huì)被吸收，無法實(shí)現(xiàn)隱身效果；三是超材料具有復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，制造難度很大。

　　面對前兩個(gè)缺陷，辛皓所在的研究小組近期發(fā)現(xiàn)一種新方法：將電池供電的隧道二極管和微納米制造技術(shù)融入設(shè)計(jì)，研發(fā)出一種有源負(fù)折射率材料。它既具有讓光負(fù)折射的性能，又不會(huì)減少光的能量，反而在外接電源補(bǔ)充下使光的能量增強(qiáng)。“這是國際上首次在實(shí)驗(yàn)室制備出負(fù)折射率和增益同時(shí)存在的超材料，增益能轉(zhuǎn)化為帶寬，讓各個(gè)波段的可見光都能繞開‘隱身衣’。”辛皓說。

　　“英國媒體問我：‘在你有生之年里，能否看到《哈利·波特》中的隱身衣問世？’我給出了肯定的回答?！毙琉└嬖V聽眾，在他看來，上海科研人員在研發(fā)超材料過程中，應(yīng)充分利用3D打印技術(shù)，解決目前超材料的第三個(gè)缺陷，快速制造出具有復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的材料。