據物理學家組織網10月14日(北京時間)報道,荷蘭(lan) 原子與(yu) 分子物理研究所物質基礎研究所和美國賓夕法尼亞(ya) 大學科學家合作,製造出一種由堆積銀和氮化矽納米層構成的新材料,能賦予可見光近乎無限的波長。該材料有望在新型光學元件、光線路等領域大顯身手,也可用於(yu) 設計更高效的發光二極管。相關(guan) 論文發表在13日出版的《自然·光子學》雜誌上。
光的相位速度和波群速度控製著光在一種介質中的傳(chuan) 播。相位速度決(jue) 定了波峰和波穀在該介質中的運動,波群速度則描述了能量的傳(chuan) 播。根據愛因斯坦的理論,光能的傳(chuan) 播永遠不會(hui) 快於(yu) 光速,因此相位速度雖沒有物理限製,但波群速度是有限的。當相位速度變為(wei) 零時,波峰和波穀的運動消失,此時其波長看作是接近無窮大的一個(ge) 極大值。然而在自然界並不存在這種性質的材料。
研究人員解釋說,光在介質中傳(chuan) 播的方式取決(jue) 於(yu) 介質材料的介電常數,即它對光波電場的阻抗。近零材料(ENZ,介電常數接近零的材料)具有獨特的性質,光在其中傳(chuan) 播時,幾乎沒有相位超前。雖然目前已有微波和遠紅外波譜的人造材料,但可見光範圍的塊狀三維ENZ材料還很難得到。
為(wei) 製造這種材料,研究小組用精密排列的堆積銀和氮化矽納米薄層,使通過其中的光能“感覺”到這兩(liang) 種材料的光學性質。他們(men) 利用聚焦離子束銑削技術對材料結構實現了納米尺度的控製。因為(wei) 銀的介電常數可以忽略,而氮化矽的介電常數為(wei) 正,二者結合介電常數在實際效果上就等於(yu) 零,對光而言所受阻抗看起來也是零,能以無限的相位速度傳(chuan) 播,光的波長也近乎無限。
經專(zhuan) 門建造的幹涉儀(yi) 顯示,光在這種材料中傳(chuan) 播時,相對於(yu) 幾乎無限的波長而言,其相位確實沒有明顯變化。通過改變材料的幾何形狀,還可調整適用於(yu) 整個(ge) 可見光譜的範圍。研究人員指出,這種新材料有望在新型微波/納米光學元件領域大顯身手,如透射增強、波陣麵造型、控製自發射和超輻射等方麵。
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