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揭开“超材料”的神秘面纱

导读: “超材料”是具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料,其能采用天然材料无法做到的方式弯曲、散射或传输电磁波。

  “超材料”是具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料,其能采用天然材料无法做到的方式弯曲、散射或传输电磁波。理论学家们认为,“超材料”能被用来制造各种各样的隐形装置,这些装置就像某些科幻小说中提及的“隐形斗篷”那样,能使物体周围的光等电磁波“绕道而行”,从而使物体变得不可见。

  据英国《自然》杂志网站近日报道,近几年,“超材料”逐渐成为科学家们争相研究的前沿领域。他们表示,经过工程学方法处理的具有新奇光学属性的“超材料”在不久的将来,会揭开自己的“神秘面纱”,从实验室大步迈入市场。

  生活中不可或缺

  如果汤姆·德里斯科尔从来没有听说过“哈利·波特式的隐身斗篷”这样的词语,他应该会很高兴,但这不可能发生。现在,“哈利·波特式的隐身斗篷”这样的词语已经成为滥觞——当媒体报道“超材料”领域取得的进步时,似乎无法拒绝这一表达的神奇“魔力”,致使这样的词语不定期就会充斥各大媒体与观众见面。

  物理学家德里斯科尔在“高智发明公司”工作,主要负责“超材料”的商业化开发和推广工作。

  2000年,美国加州大学圣地亚哥分校的物理学家戴维·史密斯和同事首次向公众展示了“超材料”的神奇魔力:他们利用微波技术把一个直径5厘米的铜制小圆筒成功地隐藏起来,尽管史密斯等人对隐形范围只相当于一粒豌豆这一实验结果并不满意,但这仍然是“超材料”史上值得大书特书的时刻。

  其实,英国帝国理工学院的约翰·潘德瑞爵士才是“超材料”的发明者。早在上世纪90年代中期,潘德瑞进行的实验就证明,一排细小的铜线和铜环对微波的折射率为负数,而所有天然材料的折射率都为正,并在此基础上提出了负折射理论。潘德瑞认为,人眼之所以能看见物体,是因为光线反射的缘故,而未来纳米技术的发展,使科学家能够研发出一种改变光线方向的材料,这就是“超材料”。

  史密斯和潘德瑞的研究结果极大地诱发了科学家们对“超材料”的兴趣,很多“超材料”研究人员希望能让“隐形斗篷”早日成为现实,军方也亟不可待地投入了大笔资金。

  不过,迄今为止,研制出的“超材料”的魔力还十分有限:只在单层的二维材料上取得了成功;“负折射”特性也只出现在微波范围。对于波长更短的光,比如人眼适应的可见光,还无能为力。也就是说,这些“超材料”还无法制成在人的眼前消失的“隐身斗篷”。目前,只是一个鼠标大小的隐形罩,对科学家们来说都是一个比较大的目标,研制出“隐身斗篷”至少需要数十年。

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