據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，美國科學(xué)家表示，他們的實驗證明，纖細的等離子體納米天線陣列能采用新奇的方式對光進行精確地操控，改變光的相位，創(chuàng)造出負折射現(xiàn)象，最新研究有望使科學(xué)家們研制出功能更強大的光子計算機等新式光學(xué)設(shè)備。相關(guān)研究發(fā)表在12月22日出版的《科學(xué)》雜志上。
該研究的領(lǐng)導(dǎo)者、普渡大學(xué)布瑞克納米技術(shù)研究中心納米光子學(xué)部門主管、電子和計算機工程教授弗拉基米爾·薩里切夫表示：“通過大大改變光的相位，我們能顯著改變光的傳播方式，因此，為很多潛在的應(yīng)用打開了大門。”光的相位是指光波在前進時，光子振動所呈現(xiàn)的交替波形變化。同一種光波通過折射率不同的物質(zhì)時，相位就會發(fā)生變化。
今年10月份，哈佛大學(xué)電子工程學(xué)教授費德里科·卡帕索領(lǐng)導(dǎo)的科研團隊在《科學(xué)》雜志上撰文指出，他們利用一種新技術(shù)誘導(dǎo)光線路徑，使得沿用了多年的斯涅耳定律受到挑戰(zhàn)。斯涅耳定律指出，當(dāng)光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，在這兩種介質(zhì)的交界處，相位不會突然發(fā)生變化。而哈佛大學(xué)的實驗表明，通過使用一種新型結(jié)構(gòu)的“超材料”，光的相位和傳播方向都會發(fā)生巨大變化。這一研究發(fā)現(xiàn)使在預(yù)測光線由一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，其有別于經(jīng)典的折射和反射定律，可以創(chuàng)建負折射現(xiàn)象，光的偏振也可以得到控制。
普渡大學(xué)的科研團隊則更近一步，制造出了納米天線陣列并大大改變了光波波長介于1微米(百萬分之一米)到1.9微米之間的近紅外線附近光波的相位和傳播方向。薩里切夫表示：“我們將哈佛大學(xué)的研究拓展到近紅外線區(qū)域，近紅外線，尤其是波長為1.5微米的光線對通訊來說至關(guān)重要，通過光纖傳送的信息使用的就是這個波長，最新研究在通訊領(lǐng)域?qū)⒎浅嵱?。我們也證明，這并非單頻效應(yīng)，適用于很多波段，因此，可廣泛應(yīng)用于很多技術(shù)領(lǐng)域。”
這種納米天線是蝕刻在一層硅上方的金做成的V型結(jié)構(gòu)，它們是一種“超材料”(一般都是所謂的等離子體結(jié)構(gòu))，寬40納米。科學(xué)家們也已證明，他們能讓光通過一個寬度僅為光波波長五十分之一的超薄“等離子體納米天線層”。
科學(xué)家們解釋道，每種材料都有自己的折射率，可描述光在其中的彎曲程度。包括玻璃、水、空氣等在內(nèi)的所有天然材料的折射率都為正數(shù)，而新的超薄等離子體納米天線層能導(dǎo)致光線大大改變其傳播方向，甚至產(chǎn)生負折射現(xiàn)象，使用傳統(tǒng)材料則無法做到這一點。
這一創(chuàng)新有望讓人們引導(dǎo)激光并改變激光的形狀，應(yīng)用于軍事和通訊領(lǐng)域;有助于科學(xué)家們研制出使用光處理信息的光子計算機中的納米電路以及功能強大的新型透鏡等。
下載文檔
