科學(xué)家創(chuàng )造出超材料設計方法，哈利·波特的隱身衣或將成為現實(shí)

研究團隊提出的設計辦法將會(huì )推動(dòng)超材料的應用和產(chǎn)出。

基于量子力學(xué)原理，加州理工學(xué)院（CIT）和瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH）的工程師們聯(lián)合研究出一種設計超材料的系統性辦法，為超材料的應用開(kāi)發(fā)搭建了一個(gè)基本的框架。

新材料的一種：超材料

超材料是什么？

《哈利·波特》中的這款隱身衣采用的就是一種負折射率超材料。

雖然看起來(lái)很炫酷，但事實(shí)上這種材料的成分沒(méi)有什么特別之處，其奇特性質(zhì)主要源于材料本身精密的幾何結構以及尺寸大小。

超材料是一種新型、具有特殊性質(zhì)的人工材料，一般的材料都是由原子組成，而超材料的最小組成單元是可以自由設計的。它擁有一些特別的性質(zhì)，如讓光、電磁波改變它們通常的性質(zhì)。

目前，對于超材料的研發(fā)主要還處于理論研究和負折射率超材料的研制上。

左邊折射率為正 右邊折射率為負

在2001年，Science雜志上刊載了美國Smith教授及其團隊的研究成果，他們成功制備了在微波波段具有負折射率的材料；后來(lái)在2006年，依據負折射率特性，J. B. Pentry教授在微波波段提出了隱身斗篷的概念，即材料可以完全吸收光線(xiàn)；近日，哈佛大學(xué)研究團隊也研發(fā)出了一種將所有可見(jiàn)光聚集到一個(gè)點(diǎn)的濾鏡，為VR/AR硬件上的創(chuàng )新帶來(lái)可能。

不被認可的超材料，痛點(diǎn)在缺乏實(shí)際成果

對于超材料，大多數人認為現在只是在炒作這一概念，并沒(méi)有實(shí)際意義。這主要是因為現有的實(shí)際成果十分之少，且都尚處于實(shí)驗室階段。

CIT和ETH的研究團隊看見(jiàn)了這樣的痛點(diǎn)，Chiara Daraio教授就表示，包括自己的材料研究在內，目前所有的實(shí)驗嘗試都是隨機的，并沒(méi)有一個(gè)系統的方法來(lái)指導和支撐大家進(jìn)行開(kāi)發(fā)和研究，所有研究進(jìn)度受到了阻礙。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，Daraio教授領(lǐng)導的研究團隊將研究方向轉到了量子力學(xué)領(lǐng)域。對此，Daraio解釋道：“每個(gè)粒子都是微小的物質(zhì)，并且與相鄰的物質(zhì)保持一種聯(lián)系，當入射波進(jìn)入時(shí)，粒子，或者與相鄰粒子的共同作用會(huì )對其作出反應。我們就恰好通過(guò)研究粒子的特性，然后將這一設計應用到宏觀(guān)材料的設計上。”

理論到實(shí)際，只需一臺計算機

作為這一系統性辦法的證明，Daraio教授的團隊據此通過(guò)計算機模擬出了10×10厘米的硅晶片，其該硅晶片由100個(gè)通過(guò)相互連接的小板組成。當晶片被超聲波刺激時(shí)，只有角部的板振動(dòng)，其他板塊仍然保持靜止。

此外，Daraio團隊還基于該方法對此前研究的一系列矩形毫米板制成的超材料進(jìn)行設計上的調整，結果他們很快就創(chuàng )造了一個(gè)完美的聲學(xué)透鏡，這款透鏡可以聚焦聲音而不會(huì )丟失信號。

結語(yǔ)

這一方法的提出對于超材料的實(shí)際應用有極大的推動(dòng)作用，對于未來(lái)的應用，Daraio教授表示，這項工作也可用于設計光學(xué)超材料、天線(xiàn)和光學(xué)信號處理設備。

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