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光控超穎材料登場

澳洲與俄羅斯科學家首度研發出可以透過光來控制特性的超穎材料(metamaterial)。這種新型的超穎材料是由包含電子線圈加上光電二極體(photodiode)的金屬共振器所組成,未來可望應用在雷達與通訊系統上。

10年前登場的超穎材料具有次波成的人造周期性結構,結構中包含微小的金屬棒與金屬環,在於特定波長範圍內的電磁波照射下,能產生不尋常的反應,例如讓光朝反方向偏折的負折射率(negative refractive index)。科學家已利用這種特性製作出超級透鏡(superlens),能將光聚焦至比波長還小的區域,使光學顯微鏡的解析度突破繞射極限。另一種應用則是所謂的隱形斗蓬(invisible cloak)。

超穎材料通常有固定的結構,因此製成之後無法調整其特性。然而就在最近,由Ilya Shadrivov及Yuri Kivshar所領導的國立澳洲大學及國立資訊、機械及光學研究大學(SPbNRU ITMO)研究團隊,找到一個破解的方法。他們製作的超穎材料不單是以往的簡單金屬圖樣,而是包含線圈與光電二極體。

該團隊的超穎材料是以類似製作印刷電路板的方式,在金屬板上製作銅質隙環共振器(split-ring resonator, SRR)陣列。SPR由兩個有缺口的銅環構成,半徑為3.25 mm、幅寬0.5 mm、厚30 μm,間距為1 mm。兩個銅環都有0.4 mm的缺口,內置光電二極體及線圈。他們隊利用光電二極體照光所產生的電壓來改變超穎材料的共振頻率,因此得以調製材料的折射率,進而控制通過樣品的微波偏折的方向。

Shadrivov表示,根據他們的設計,若以強度隨空間變化的光照射SPR陣列,還能以不均勻的方式改變超穎材料的特性。這點可望用來製造可重新設定的碟型天線或反射鏡(例如改變焦點或反射率),以便在不同波長下操作。此種新結構可以用來製作能強烈吸收光的材料,或是特性能重新設定的隱形斗蓬。詳見Phys. Rev. Lett. 109, p.083902 (2012)。

譯者:蔡雅芝(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝
資料來源:Metamaterial switches on to the tune of light. PhysicsWorld [Aug 23, 2012]

轉載自 奈米科學網 [2012/09/02]

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