隱形斗篷可能很快就不再是科幻電影里的東西了。
近日，廈門(mén)大學(xué)陳煥陽(yáng)課題組教授在研究中發(fā)現(xiàn)，利用一種常見(jiàn)的二維天然材料三氧化鉬(α-MoO3)可取代昂貴且難以生產(chǎn)的超材料制造隱身器件。這意味著，未來(lái)制造隱形設(shè)備的門(mén)檻會(huì)大幅降低，許多科幻電影小說(shuō)中描述的情形有望在現(xiàn)實(shí)中出現(xiàn)。該研究成果發(fā)表在國(guó)際期刊《納米光子學(xué)》上。
通常人們所說(shuō)的“隱身術(shù)”在科技領(lǐng)域?qū)嶋H上是一種“低可探測(cè)技術(shù)”，即利用各種不同的技術(shù)手段來(lái)改變目標(biāo)物可探測(cè)性信息特征，隱形技術(shù)涉及電磁場(chǎng)原理、聲學(xué)、光學(xué)、紅外工程學(xué)等多種學(xué)科，屬于典型的跨學(xué)科的應(yīng)用科學(xué)技術(shù)，而其中隱形材料是隱身技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。
近年來(lái)，超材料因其能突破傳統(tǒng)的光學(xué)定律，在理論上實(shí)現(xiàn)最佳的隱身效果而倍受科學(xué)界廣泛關(guān)注。超材料經(jīng)過(guò)人為對(duì)其微結(jié)構(gòu)的改造，能夠操縱電磁波，改變波的傳播路線，使波發(fā)生彎曲，以達(dá)到繞射傳播的目的，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)材料無(wú)法實(shí)現(xiàn)的隱身效果。不過(guò)，為了實(shí)現(xiàn)隱形效果，通常需要簡(jiǎn)化電磁參數(shù)以避免無(wú)限大或負(fù)數(shù)的情況，且還需要用復(fù)雜結(jié)構(gòu)等效出梯度折射率材料，這些過(guò)程需要昂貴的光刻技術(shù)和繁瑣的制造方法，并且最終的實(shí)際效果也會(huì)因存在較大散射和偏差而大打折扣。
針對(duì)這些問(wèn)題，陳煥陽(yáng)教授團(tuán)隊(duì)在變換光學(xué)基礎(chǔ)上，大膽設(shè)想，通過(guò)尋找設(shè)計(jì)一種二維天然材料的折射率分布實(shí)現(xiàn)超材料操縱光行為的效果。研究人員使用了一種當(dāng)前熱門(mén)的自然雙曲材料α-MoO3，發(fā)現(xiàn)當(dāng)把α-MoO3薄片卷在圓柱形光纖上時(shí)，在中紅外電磁照明下的物體從視覺(jué)上消失了。
研究人員解釋?zhuān)_(dá)到結(jié)構(gòu)的法布里-珀羅共振的光能夠以極小的散射通過(guò)α-MoO3隱身聚光器傳播，并且能量在中心處得到加強(qiáng)，達(dá)到隱藏電磁照明下的物體的目的，即隱身。陳煥陽(yáng)解釋?zhuān)?ldquo;三氧化鉬把光沿著一定方向擠壓進(jìn)內(nèi)核，相當(dāng)于把光抓進(jìn)了物體內(nèi)，如果折射率和阻抗匹配，就感覺(jué)內(nèi)核不存在，產(chǎn)生了隱身的效果。”此外，利用α-MoO3代替超材料制造的新興隱形器件在特定光源位置還表現(xiàn)出錯(cuò)覺(jué)效應(yīng)，使得我們無(wú)法通過(guò)外場(chǎng)判斷光源的真實(shí)位置。
“這是二維材料首次被用于變換換光學(xué)器件的設(shè)計(jì)，通常我們需要超材料，但這次要簡(jiǎn)單得多。”陳煥陽(yáng)介紹，人們通常認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)完美的隱身效果很大程度上要依賴(lài)人造材料，這次實(shí)驗(yàn)的成果為天然二維材料替代超材料制造隱形器件提供了新的可能，而且相比超材料，這種材料更具有價(jià)格和加工上的優(yōu)勢(shì)。
當(dāng)前，隱形材料應(yīng)用市場(chǎng)主要集中在軍事領(lǐng)域，而在民用領(lǐng)域尚未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。這主要是因?yàn)椴煌娛骂I(lǐng)域隱形材料主要針對(duì)偵查儀器隱形，而隱形材料在民用領(lǐng)域的研究方向主要針對(duì)肉眼隱形，研制針對(duì)視覺(jué)隱形的材料技術(shù)難點(diǎn)相對(duì)較高。
研究人員表示，實(shí)驗(yàn)表明2d天然雙曲材料具有的奇特性能夠彌補(bǔ)超材料的各種局限，使隱形器件的制造過(guò)程更簡(jiǎn)便、更便宜，有望將隱形技術(shù)推向民用市場(chǎng)。
據(jù)了解，這項(xiàng)研究在初步實(shí)驗(yàn)中取得令人滿意的結(jié)果，不過(guò)仍然處于驗(yàn)證階段。這些課題目前都是偏應(yīng)用基礎(chǔ)性的研究，在產(chǎn)業(yè)和商業(yè)化應(yīng)用上還有相當(dāng)長(zhǎng)的一段路要走，但毋庸置疑，新材料和新特性的發(fā)現(xiàn)一定會(huì)帶來(lái)一些新的應(yīng)用。(符曉波)
