在《哈利·波特》的魔法世界中,魔法学校的校长邓布利多捎给了哈利一张无比神奇的隐身斗篷。而在现实世界中,或许用不了多久,我们也能收到由科学家送出的这一神秘礼物。
来自美国加州大学伯克利分校的研究人员,最近朝着“隐身衣”的梦想迈进了一步。
这个由华裔教授张翔领导的研究小组,成功研制出新型的三维材料,能够使光线通过时发生弯曲,从而神秘“消失”。打个比方,当流水经过一块石头时,水流会绕过石头,然后继续向前,就像没有遇到石头一样。
超材料的问世
张翔及其同事研制的材料之所以能够改变光线的传播方向,归功于其“负折射”的特性。与之相比,所有的天然材料都具有正折射率。
折射过程可以用这样一个经典图示来说明:筷子插入水中的部分看起来似乎向水面方向弯曲。假如水显示出负折射的特性,筷子被水淹没的部分看上去则似乎是跳出了水面。如果将筷子换成一条鱼,我们也可以看到类似的效果。
既然天然材料无法实现“负折射”,科学家们想到人工研制出一类超材料(metamaterials)。通过对材料的结构进行人为设计,来获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。
超材料的理论和实验发展,直接催生了“隐身衣”研究。2006年初,伦敦帝国理工大学的潘德瑞教授(John Pendry)提出“隐身衣”的可行性构想,超材料能够让光线绕过物体,从而使物体隐形。当年年底,潘德瑞和美国杜克大学的舒里希(David Schurig)、史密斯(David Smith)等科学家,共同展示了一种超材料。
这两年,超材料逐渐成为国际上的一个研究热点。
不过,科学家们拿出的超材料魔力还十分有限:只在单层的二维材料上取得了成功,而且“负折射”特性只出现在微波范围。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造成在那种人眼前消失的“隐身衣”。
可见光的消失
张翔领导的研究小组,则将超材料和“隐身衣”的研究往前推进了一步。
这个研究小组,分别在8月13日出版的《自然》杂志网络版和8月15日的《科学》杂志发表论文,报告了两种合成超材料的方法。
在《自然》论文中,研究小组描述了一种三维“渔网”形的超材料。他们将导电的银和不导电的氟化镁交替堆叠在一起,并在层与层之间挖出纳米(一根头发丝的直径大致相当于10万个纳米)尺寸的渔网图样。