“数字超材料”带来隐形斗篷更接近现实

一个新出版的研究详情“数字超材料”如何帮助隐形斗篷更接近现实。

“数字超材料”的概念 - 以奇异的光学特性设计石碑的简单方法，可以加快诸如隐形斗篷和超标性等设备的开发 - 在今天的自然材料上发表的论文中报告。

超材料用微观亚基人为设计 - 例如玻璃，金属或塑料 - 以重复的方式排列。一旦组装，这些超材料具有独特的性质，例如以不寻常的方式与光相互作用，这通常不在天然材料中看到。

“超材料背后的想法是模仿原子与光相互作用的方式，但是人工结构远小于光照的波长本身，”悉尼大学的光子和光学副教授鲍里斯库利斯·库尔米说。

“这种方式，光学性质不再限于组成材料的物质，并且可以设计几乎是任意的。”物
质世界变得数字化

来自宾夕法尼亚大学的自然材料纸的研究人员受到了Boolean代数的二元数字系统开发数字超材料。

二元系统由大多数数字电子设备内部使用，例如计算机和智能手机。复杂的数字设备具有它们的数字信息，简单地编码为1S和0S的字符串，称为“位”。

所提出的数字超材料方法是构建超材料的简化方式，但仍然允许实现复杂和佩戴物质。

“新方法的美丽是其简单性，”Swinburne技术大学光电子教授Min Gu说。

通过在二维空间中使用模拟，研究人员探讨了仅使用两个特殊选择的组件，称为超材料位 - 类似于二进制计算机代码的1和0“比特”的可能性。超材料位的布置代表了超材料的“数字化”。

在他们的研究中，研究人员选择使用纳米尺寸的银和二氧化硅（玻璃）作为重复的超材料位。这些是在辛级别的方式与光相互作用的材料。一旦它们“数字化”，所产生的超材料有其自身独特的属性，与其组成部分的相同不同。

“材料的组件一起工作以产生效果或产生现象，如果他们没有在3D（或在这种情况下，2D）空间中没有被排列在一起作为订购的组件，”Tiffany Walsh，迪肯大学生物技术教授。

采购材料零件为了实现超材料的不寻常性能可能是耗时和昂贵的。这种关于超材料设计的新思考方式可以允许研究人员使用两个组件从超材料中产生所需的光学性质。

“这是什么[研究]真正确实的旨在对这个想法进行了新的旋转，只有两个套装有正确的部分，一个金属，一个绝缘体，这里的银色和二氧化硅 - 几乎可以实现任何光学性质，”员工Kuhlmey教授。

沃尔什教授说：“这就像从模拟变成数字转向声波的概念 - 他们把它推到了一个新的物理领域。

“他们能够采取介入性 - 当它暴露于辐射时，材料的响应 - 并将其数字化。他们把它转变为更容易操纵的东西。“波
浪和物质碰撞

超材料的关键应用之一是他们操纵光的能力。

“我们已经了解如何操纵辐射（如灯） - 我们可以使用镜头，例如放大镜，例如，将灯光放在斑点上;我们可以使用镜子来反射光线并改变其方向，“沃尔什教授说。

“但是这些[超材料]可以做的是更复杂的东西：他们能够弯曲光线，以散发它，以不寻常的方式操纵它。”

使用它们的数字方法，研究人员表明，可以创建具有非常低介电常数的一定的超材料，这很少在自然界中发现。控制这些属性可以打开更先进的技术应用，例如隐形粘贴装置。

“将来会有趣，看看这种数字设计方法是否可以促进光学的构建，或者隐形，斗篷，”顾教授说。

“通过不同变化的银/玻璃比（在纳米级结构的结构上），原则上可以制造平透镜和其他微小的光学元件，”Kuhlmey教授副教授说。

“作者[]在…模拟中显示，纳米图案玻璃/银色结构然后弯曲光线，这也是隐形粘附后面的原理。”

他补充说，制造所提出的结构将是挑战但不是不可能的。

“[它将]需要结构化玻璃和金属，只有少数原子的厚度的精度 - 但是超材料的思维，因为二元结构可以有助于设计新的纳米图案化（印刷）技术，​​以利用这一点，”他说。

出版物：Cristian Della Giovampaola＆Nader Engheta，“数字超材料，”自然材料，2014; DOI：10.1038 / NMAT4082

图像：Eric Tastad / Flickr，CC By-NC-SA