中國粉體網10月30日訊 “超材料”是具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工復合結構或復合材料，其能采用天然材料無法做到的方式彎曲、散射或傳輸電磁波。不過，迄今為止，研制出的“超材料”的魔力還十分有限：只在單層的二維材料上取得了成功；“負折射”特性也只出現在微波范圍。對于波長更短的光，比如人眼適應的可見光，還無能為力。
光的相位速度和波群速度控制著光在一種介質中的傳播。相位速度決定了波峰和波谷在該介質中的運動，波群速度則描述了能量的傳播。根據愛因斯坦的理論，光能的傳播永遠不會快于光速，因此相位速度雖沒有物理限制，但波群速度是有限的。當相位速度變為零時，波峰和波谷的運動消失，此時其波長看作是接近無窮大的一個極大值。然而在自然界并不存在這種性質的材料。
據介紹，該材料有望在新型光學元件、光線路等領域大顯身手，也可用于設計更高效的發光二極管。研究人員解釋說，光在介質中傳播的方式取決于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，但可見光范圍的塊狀三維ENZ材料還很難得到。
為制造這種材料，研究小組用精密排列的堆積銀和氮化硅納米薄層，使通過其中的光能“感覺”到這兩種材料的光學性質。他們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制。因為銀的介電常數可以忽略，而氮化硅的介電常數為正，二者結合介電常數在實際效果上就等于零，對光而言所受阻抗看起來也是零，能以無限的相位速度傳播，光的波長也近乎無限。
氮化硅，化學式為Si3N4，是一種重要的結構陶瓷材料。它是一種超硬物質，本身具有潤滑性，并且耐磨損，為原子晶體；高溫時抗氧化。而且它還能抵抗冷熱沖擊，在空氣中加熱到1000℃以上，急劇冷卻再急劇加熱，也不會碎裂。
經專門建造的干涉儀顯示，光在這種材料中傳播時，相對于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，還可調整適用于整個可見光譜的范圍。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、波陣面造型、控制自發射和超輻射等方面。
據悉，首塊由“超材料”制成的產品有望于明年面市，這也有望引發連鎖反應，讓普通消費者在使用“超材料”中受益，比如，在飛機上或從手機那兒獲得更快、更便宜的互聯網連接。德里斯科爾表示，這樣的應用也將有助于由“超材料”制成的產品從“人們生活中的新奇之物”變身為“生活中不可或缺之物”。
光的相位速度和波群速度控制著光在一種介質中的傳播。相位速度決定了波峰和波谷在該介質中的運動，波群速度則描述了能量的傳播。根據愛因斯坦的理論，光能的傳播永遠不會快于光速，因此相位速度雖沒有物理限制，但波群速度是有限的。當相位速度變為零時，波峰和波谷的運動消失，此時其波長看作是接近無窮大的一個極大值。然而在自然界并不存在這種性質的材料。
據介紹，該材料有望在新型光學元件、光線路等領域大顯身手，也可用于設計更高效的發光二極管。研究人員解釋說，光在介質中傳播的方式取決于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，但可見光范圍的塊狀三維ENZ材料還很難得到。
為制造這種材料，研究小組用精密排列的堆積銀和氮化硅納米薄層，使通過其中的光能“感覺”到這兩種材料的光學性質。他們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制。因為銀的介電常數可以忽略，而氮化硅的介電常數為正，二者結合介電常數在實際效果上就等于零，對光而言所受阻抗看起來也是零，能以無限的相位速度傳播，光的波長也近乎無限。
氮化硅，化學式為Si3N4，是一種重要的結構陶瓷材料。它是一種超硬物質，本身具有潤滑性，并且耐磨損，為原子晶體；高溫時抗氧化。而且它還能抵抗冷熱沖擊，在空氣中加熱到1000℃以上，急劇冷卻再急劇加熱，也不會碎裂。
經專門建造的干涉儀顯示，光在這種材料中傳播時，相對于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，還可調整適用于整個可見光譜的范圍。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、波陣面造型、控制自發射和超輻射等方面。
據悉，首塊由“超材料”制成的產品有望于明年面市，這也有望引發連鎖反應，讓普通消費者在使用“超材料”中受益，比如，在飛機上或從手機那兒獲得更快、更便宜的互聯網連接。德里斯科爾表示，這樣的應用也將有助于由“超材料”制成的產品從“人們生活中的新奇之物”變身為“生活中不可或缺之物”。
