美物理学家研制负折射率等离子纳米天线

根据美国物理学家网络最近的一份报告，美国科学家表示，他们的实验已经证明，细长的等离子体纳米天线阵列能够以新颖的方式精确控制光，改变光的相位并产生负折射。最新的研究有望让科学家们开发出新的光学设备，比如更强大的光子计算机。这项研究发表在12月22日的《科学》杂志上。普渡大学纳米技术布里克中心的纳米光子学系主任、电子和计算机工程教授弗拉基米尔·萨利切夫说:“通过极大地改变光的相位，我们可以显著地改变光的传播方式，从而打开许多潜在应用的大门。”光的相位是指光波前进时光子振动的交替波形变化。当同一个光波通过不同折射率的物质时，相位发生变化。今年10月，由哈佛大学电子工程教授费德里科·卡帕索(Federico Capasso)领导的一个研究小组在《科学》杂志上写道，他们通过使用一种新技术来诱导光路，挑战了沿用多年的斯内尔定律。斯内尔定律指出，当光从一种介质进入另一种介质时，相位不会在两种介质的交界处突然改变。哈佛大学的实验表明，通过使用一种新型超材料，光的相位和传播方向将发生巨大变化。这项研究发现，当预测光从一种介质进入另一种介质时，它不同于经典的折射和反射定律，后者可以产生负折射并控制光的偏振。普渡大学的研究小组更进了一步，他们制造了纳米天线阵列，并极大地改变了波长在1微米(百万分之一米)到1.9微米之间的近红外线附近光波的相位和传播方向。他说:“我们已经将哈佛大学的研究扩展到了近红外区域。近红外，尤其是波长为1.5微米的光，对通信非常重要。这是用于通过光纤传输信息的波长。最新的研究将在通信领域非常实用。我们还证明了这不是单频效应，它适用于许多波段。因此，它可以广泛应用于许多技术领域。”这种纳米天线是一种V形结构，由蚀刻在硅层顶部的金制成。它们是一种“超材料”(通常称为等离子体结构)，宽度为40纳米。科学家还证明，他们可以让光通过一个超薄的“等离子纳米天线层”，其宽度仅为光波波长的五十分之一。科学家解释说，每种材料都有自己的折射率，可以描述其中光的弯曲程度。玻璃、水、空气等所有天然材料的折射率都是正的，而新型超薄等离子体纳米天线层会使光的传播方向发生很大的变化，甚至产生负折射，这是传统材料所无法实现的。这一创新有望使人们能够引导激光并改变激光的形状，从而可以应用于军事和通信领域。科学家在光子计算机中开发利用光来处理信息的纳米电路和强大的新透镜是有帮助的。