纳米级材料，能够矫直和加速光波

（彩色在线）宽带ENZ元原子的示意图和设计的宽带接近零有效介电常数。（a）具有由金和二氧化硅组成的具有三个均相层的有效培养基元原子，以及具有阶梯式金属介电多层结构的现实元原子。（b）理论值（实体曲线）和FDTD检索值的实体部分（红色曲线）和有效介质元原子的有效介电常数的虚部（蓝色曲线），其中右下方列出的enz频率（黄色点）。Sun，等，Doi：10.1103 / PhysRevb.87.165134

新出版的研究详细说明了金和氧化硅的特殊设计的“元原子”是如何通过宽带宽和接近无限远的速度传输光。

在一个通过针孔通过针孔挤压大象的过程中，密苏里州科技大学的研究人员设计了一种能够通过超小型通道汇集光线的工程原子的方法。

他们的研究是最新的一系列结果，这些发现有关的光线和物质在原子尺度上互动，并且是第一个证明材料 - 一种专门设计的金色和氧化硅的“元原子” - 可以传播通过宽带宽和速度接近无穷大的光。研究人员说，元原子的宽带能力可能导致光学器件的进步，目前依赖于单个频率来传输光线。

“这些元原子可以作为基于频率范围内具有异国电磁特性的非传统光学元件的构建块，”在密苏里S＆T的机械工程助理教授杰高和阳博士和雷博士孙，大学的访问学者。研究人员在最新问题中描述了他们的原子尺度设计，在最新的“物理审查”B（“具有带状金属介电多层结构”的宽带epsilon - 近零超材料，物理。Rev. B 87,165134 2013）。

研究人员创造了元原子的数学模型，一种材料100纳米宽和25纳米高，在楼梯时装中组合金和氧化硅。纳米是米的十亿分之一仪表，仅借助高功率电子显微镜可见。

在他们的模拟中，研究人员堆叠了10个元原子，然后在各种频率下通过它们射击光线。他们发现当光线遇到540太赫兹和590太赫兹的范围内的材料时，它将其“拉伸”成几乎直线，并达到了称为epsilon - 近零的“有效介电常数”。有效介电常数是指光的比例是指光的比率在通过材料时，通过空气转速到速度。例如，当光线穿过玻璃时，其有效介电常数是2.25。通过空气或外层空间的真空，比例是一种。该比例通常被称为光速。

然而，随着光通过高和阳描述的工程化元原子，其有效介电常数达到零零比。换句话说，通过这些专门设计的材料的介质，光实际上比光速更快地行进。杨说，它通过这个媒体“无限快速”。

元原子也伸展光线。其他材料，例如玻璃，通常压缩光波，引起衍射。

这种拉伸现象意味着“光波可以通过非常小的孔隧道隧道，”杨说。“这就像通过超小频道挤压大象。”

遇到单个元原子的光的波长是从峰到峰的500纳米，或者高和阳的特殊设计的元原子的长度为100纳米。虽然密苏里州S＆T团队尚未制造实际的元原子，但他们说他们的研究表明，可以建造并用于光通信，图像处理，能量重定向和其他新兴领域，例如自适应光学器件。

去年，在宾夕法尼亚大学的电子工程师Amsterdam和Nader Engheta的FOM原子和分子物理研究所的Albert Polman开发了一种微小的波导装置，其中单个波长的光波也实现了epsilon - 近零。但密苏里州科＆T研究人员的工作是第一个在50太赫兹的宽带中展示epsilon近零。

“该设计实用，现实，有可能制造实际的元原子，”GAO说。添加杨：“通过这项研究，我们填补了理论上的差距。”

通过称为电子束沉积的过程，研究人员从13个堆叠的元原子内建立了薄膜晶片。但这些材料在组成中是均匀的，而不是以其建模的元原子的楼梯时尚排列。

出版物：雷太阳，杰高，襄阳，“宽带埃斯利翁 - 近零超材料，具有温泉金属介电多层结构”。Rev. B 87,165134（2013）; DOI：10.1103 / physRevb.87.165134

研究报告的PDF副本：宽带epsilon - 近零超材料，具有阶梯式金属介电多层结构

图像：密苏里科技大学