鎖定薄層 TIRF 顯微鏡成單分子研究關鍵

本文與 PAMO車禍線上律師 合作，泛科學企劃執行

走在台灣的街頭，你是否發現馬路變得越來越「急躁」？滿街穿梭的外送員、分秒必爭的多元計程車，為了拚單量與獎金，每個人都在跟時間賽跑 。與此同時，拜經濟發展所賜，路上的豪車也變多了 。

這場關於速度與金錢的博弈，讓車禍不再只是一場意外，更是一場複雜的經濟算計。PAMO 車禍線上律師施尚宏律師在接受《思想實驗室 video podcast》訪談時指出，我們正處於一個交通生態的轉折點，當「把車當生財工具」的職業駕駛，撞上了「將車視為珍貴資產」的豪車車主，傳統的理賠邏輯往往會失靈 。

在「停工即停薪」（有跑才有錢，沒跑就沒收入）的零工經濟時代，如果運氣不好遇上車禍，我們該如何證明自己的時間價值？又該如何在保險無法覆蓋的灰色地帶中全身而退？

薪資證明的難題：零工經濟者的「隱形損失」

過去處理車禍理賠，邏輯相對單純：拿出公司的薪資單或扣繳憑單，計算這幾個月的平均薪資，就能算出因傷停工的「薪資損失」。

但在零工經濟時代，這套邏輯卡關了！施尚宏律師指出，許多外送員、自由接案者或是工地打工者，他們的收入往往是領現金，或者分散在多個不同的 App 平台中 。更麻煩的是，零工經濟的特性是「高度變動」，上個月可能拚了 7 萬，這個月休息可能只有 0 元，導致「平均收入」難以定義 。

這時候，律師的角色就不只是法條的背誦者，更像是一名「翻譯」。

施律師解釋「PAMO車禍線上律師的工作是把外送員口中零散的『跑單損失』，轉譯成法官或保險公司聽得懂的法律語言。」 這包括將不同平台（如 Uber、台灣大車隊）的流水帳整合，或是找出過往的接單紀錄來證明當事人的「勞動能力」。即使當下沒有收入（例如學生開學期間），只要能證明過往的接單能力與紀錄，在談判桌上就有籌碼要求合理的「勞動力減損賠償 」。

300 萬張罰單背後的僥倖：你的直覺，正在害死你

根據警政署統計，台灣交通違規的第一名常年是「違規停車」，一年可以開出約 300 萬張罰單 。這龐大的數字背後，藏著兩個台灣駕駛人最容易誤判的「直覺陷阱」。

陷阱 A：我在紅線違停，人還在車上，沒撞到也要負責？ 許多人認為：「我人就在車上，車子也沒動，甚至是熄火狀態。結果一台機車為了閃避我，自己操作不當摔倒了，這關我什麼事？」

施律師警告，這是一個致命的陷阱。「人在車上」或「車子沒動」在法律上並不是免死金牌 。法律看重的是「因果關係」。只要你的違停行為阻礙了視線或壓縮了車道，導致後方車輛必須閃避而發生事故，你就可能必須背負民事賠償責任，甚至揹上「過失傷害」的刑責 。 

數據會說話： 台灣每年約有 700 件車禍是直接因違規停車導致的 。這 300 萬張罰單背後的僥倖心態，其巨大的代價可能是人命。

陷阱 B：變換車道沒擦撞，對方自己嚇到摔車也算我的？ 另一個常年霸榜的肇事原因是「變換車道不當」 。如果你切換車道時，後方騎士因為嚇到而摔車，但你感覺車身「沒震動、沒碰撞」，能不能直接開走？

答案是：絕對不行。

施律師強調，車禍不以「碰撞」為前提 。只要你的駕駛行為與對方的事故有因果關係，你若直接離開現場，在法律上就構成了「肇事逃逸」。這是一條公訴罪，後果遠比你想像的嚴重。正確的做法永遠是：停下來報警，釐清責任，並保留行車記錄器自保 。

保險不夠賠？豪車時代的「超額算計」

另一個現代駕駛的惡夢，是撞到豪車。這不僅是因為修車費貴，更因為衍生出的「代步費用」驚人。

施律師舉例，過去撞到車，只要把車修好就沒事。但現在如果撞到一台 BMW 320，車主可能會主張修車的 8 天期間，他需要租一台同等級的 BMW 320 來代步 。以一天租金 4000 元計算，光是代步費就多了 3 萬多塊 。這時候，一般人會發現「全險」竟然不夠用。為什麼？

因為保險公司承擔的是「合理的賠償責任」，他們有內部的數據庫，只願意賠償一般行情的修車費或代步費 。但對方車主可能不這麼想，為了拿到這筆額外的錢，對方可能會採取「以刑逼民」的策略：提告過失傷害，利用刑事訴訟的壓力（背上前科的恐懼），迫使你自掏腰包補足保險公司不願賠償的差額 。

這就是為什麼在全險之外，駕駛人仍需要懂得談判策略，或考慮尋求律師協助，在保險公司與對方的漫天喊價之間，找到一個停損點 。

談判桌的最佳姿態：「溫柔而堅定」最有效？

除了有單據的財損，車禍中最難談判的往往是「精神慰撫金」。施律師直言，這在法律上沒有公式，甚至有點像「開獎」，高度依賴法官的自由心證 。

雖然保險公司內部有一套簡單的算法（例如醫療費用的 2 到 5 倍），但到了法院，法官會考量雙方的社會地位、傷勢嚴重程度 。在缺乏標準公式的情況下，正確的「態度」能幫您起到加分效果。

施律師建議，在談判桌上最好的姿態是「溫柔而堅定」。有些人會試圖「扮窮」或「裝兇」，這通常會有反效果。特別是面對看過無數案件的保險理賠員，裝兇只會讓對方心裡想著：「進了法院我保證你一毛都拿不到，準備看你笑話」。

相反地，如果你能客氣地溝通，但手中握有完整的接單紀錄、醫療單據，清楚知道自己的底線與權益，這種「堅定」反而能讓談判對手買單，甚至在證明不足的情況下（如外送員的開學期間收入），更願意採信你的主張 。

車禍不只是一場意外，它是認知、情緒、金錢與法律邏輯的總和 。

在這個交通環境日益複雜的時代，無論你是為了生計奔波的職業駕駛，還是天天上路的通勤族，光靠保險或許已經不夠。大部分的車禍其實都是小案子，可能只是賠償 2000 元的輕微擦撞，或是責任不明的糾紛。為了這點錢，要花幾萬塊請律師打官司絕對「不划算」。但當事人往往會因為資訊落差，恐懼於「會不會被告肇逃？」、「會不會留案底？」、「賠償多少才合理？」而整夜睡不著覺 。

PAMO看準了這個「焦慮商機」， 推出了一種顛覆傳統的解決方案——「年費 1200 元的訂閱制法律服務 」。

這就像是「法律界的 Netflix」或「汽車強制險」的概念。PAMO 的核心邏輯不是「代打」，而是「賦能」。不同於傳統律師收費高昂，PAMO 提倡的是「大腦武裝」，當車禍發生時，線上律師團提供策略，教你怎麼做筆錄、怎麼蒐證、怎麼判斷對方開價合不合理等。

施律師表示，他們的目標是讓客戶在面對不確定的風險時，背後有個軍師，能安心地睡個好覺 。平時保留好收入證明、發生事故時懂得不亂說話、與各方談判時掌握對應策略 。

從違停的陷阱到訂閱制的解方，我們正處於交通與法律的轉型期。未來，挑戰將更加嚴峻。

當 AI 與自駕車（Level 4/5）真正上路，一旦發生事故，責任主體將從「駕駛人」轉向「車廠」或「演算法系統」 。屆時，誰該負責？怎麼舉證？

但在那天來臨之前，面對馬路上的豪車、零工騎士與法律陷阱，你選擇相信運氣，還是相信策略？ 先「武裝好自己的大腦」，或許才是現代駕駛人最明智的保險。

PAMO車禍線上律師官網：https://pse.is/8juv6k 

超高速光學顯微鏡，有影片有真相

動體視力對於運動員很重要，而研究移動快速的細胞、病毒、細菌時，為了讓顯微鏡底下的世界看得更快更清楚，中研院原子與分子科學研究所的謝佳龍助研究員，與團隊一起研發每秒可拍五十萬張影像的光學顯微技術，有助科學家在對生物系統造成最小干擾的情況下，直接觀察奈米尺度的活體現象。

超高速光學顯微鏡，追求速度與激清

2014 年諾貝爾化學獎，頒發給「超解析螢光顯微鏡」的發明團隊，當科學家得以在奈米尺度看見生命中最小「元件」運作時，例如細胞、病毒、細菌，就能發現傳統顯微技術無法察覺到的生物現象。看見各領域都想辦法為生物科學、醫學盡一份力，改善人類的健康，電機和光電工程背景的謝佳龍受到啟發。

我一直在尋找有什麼光學技術既簡單又可靠，而且影響力還能超越光學領域。

謝佳龍運用光學專業，改良廣泛使用的傳統明場（brightfield）顯微鏡，和團隊一起研發 COBRI 顯微鏡，可觀察奈米尺度單粒子在三度空間的高速運動。

COBRI 顯微鏡的核心概念是採用雷射作為光源，取代傳統的白熾燈，再透過干涉的方法，偵測線性散射（linear scattering）光訊號。當一個粒子的折射率和周圍環境不同時，在光的照射下便會將部分的光散射，運用這個特性就可以量測被觀察的粒子位於何處、又移到動哪裡。

追蹤拍攝單粒子時，「快狠準」是最重要的。謝佳龍團隊不斷改進顯微鏡的時間和空間解析度，一開始只想做到每秒拍幾千張影像，但慢慢地團隊越來越貪心，不斷試著超越極限。

目前實作中以一個 20 奈米直徑的金粒子為例，每秒可超高速拍攝五十萬張影像，並將金粒子的中心位置做到準確度 2 奈米的定位。

「要是我們可以做到……就好了」每次我向團隊說出更難的提議時，大家會崩潰吶喊「怎麼可能！」，但現在回頭看，過去不可能的事都是有可能的。

什麼東西跑得快？就決定觀察你了，病毒！

超高速光學顯微鏡，開啟許多過去無法進行的單分子生物研究。在中研院分子生物研究所的張雯博士的協助與建議下，謝佳龍團隊著手觀測牛痘病毒顆粒著陸在細胞表面上的高速運動。

生物學家們可以透過實驗了解病毒降落在細胞後會「發生什麼」，但無法直接看到「怎麼發生」，不知道病毒在過程中做了哪些奇怪的行為。

一開始，謝佳龍團隊在實驗室等了一整個下午，病毒都沒有掉到要觀測的細胞樣本上，比向月老求姻緣更難預測病毒降落細胞表面的時機。後來團隊成員黃逸帆想到一個方式突破困境，各位觀眾，請見下圖。

謝佳龍團隊透過超高速光學顯微鏡看見：當牛痘病毒粒子附著到細胞膜之後，一秒內便被侷限在幾百奈米的範圍中，並在微秒時間尺度下，做非常高速的橫向擴散運動（擴散係數〜1μm2/s）。影像紀錄的 3D 空間精準度 <3 nm，時間解析度高達每秒 100,000 幀。

我們看見病毒掉到細胞膜之後，在細胞膜上非常快速的擴散運動（diffusion），短暫地跟一些區域互動，最後找到一個區域停留，這是在我們觀察之前沒有人知道的。

觀測奈米尺度的活體現象，意義是？

以病毒為例，當病毒要入侵宿主細胞時，它如何遊走、它會不會進入細胞，跟病毒如何辨識細胞表面受體很有關連。雖然傳統分子生物實驗方法可以間接推測其關連性，但超高速光學顯微鏡能為整個過程提供第一手直接證據，有畫面有真相。

另外，超高速光學顯微鏡是在對生物系統造成最小干擾的情況下，直接觀察奈米尺度的活體現象，也能協助科學家檢驗傳統螢光標記的觀測方式，有沒有影響活體樣本原本的行為。

每個人都會有夢想，而對於打造出超高速光學顯微鏡的男人而言，謝佳龍希望能應用清楚看見奈米粒子高速運動的特性，協助找出健康問題的解決方案，例如細菌感染、腸病毒、登革熱病毒、或神經細胞的特定狀況。

儘管距離實現夢想還有一段路要走，但是謝佳龍想了想，很有自信地說：

只要朝對的方向走，再慢也會到達目的地。

延伸閱讀

• 謝佳龍的個人網頁
• 奈米生物光學實驗室
• Huang YF, Zhuo GY, Chou CY, Lin CH, Chang W, Hsieh CL*, “Coherent brightfield microscopy provides the spatiotemporal resolution to study early stage viral infection in live cells,” ACS Nano, 11(3), 2575 (2017).
• 〈在顯微鏡下拍一場高速電影：透過慢動作重播窺探生物系統的奈米世界〉

執行編輯｜林婷嫻  美術編輯｜張語辰

本著作由研之有物製作，以創用CC 姓名標示–非商業性–禁止改作 4.0 國際 授權條款釋出。

本文轉載自中央研究院研之有物，泛科學為宣傳推廣執行單位

欒丕綱／清華大學物理博士，中央大學光電系副教授。研究專長為光子晶體，聲子晶體，以及超穎材料。

有沒有能夠抓住光，卻不消滅光子的方法？光子晶體不僅能讓光轉彎，還能讓動物展現美麗的色彩！

1980 年代時，人類對於光的認識已經很深入。那時人們已懂得使用透鏡組件，藉由改變折射率與介質表面的特定形狀以控制光線的傳播方向，如使用望遠鏡觀察宇宙，製作顯微鏡觀察微生物。

人們知道單一頻率的光通過雙狹縫會有干涉現象，而光波通過小尺度的物體會產生繞射與散射。利用光從「密介質（折射率大的介質）」傳向「疏介質（折射率小的介質）」，入射角大於「臨界角」時會發生的全反射現象，可以設計出波束分離器（beam splitter）、波導（waveguide），與光纖。利用光是電磁波的事實，可以藉著控制光的偏振與相位做出光學波片（wave plate）、濾波器，以及調制器 （modulator）。利用量子力學與半導體物理的知識，人們知道如何操控光子與原子的交互作用，製造出所需要的雷射以供進一步應用。

以上這些控制手段似乎缺少了什麼？仔細觀察，會發現這些對光的控制手段可歸納為以下幾種：（一）控制光的傳播方向，（二）控制光的傳播區域／ 範圍，（三）控制光的強度，（四）控制光波的相位與偏振，（五）控制光的相位一致性以及傳播方向的準確度。以上這些控制手段的共同特色就是「不能阻止光的傳播」。雖然光子可以被原子吸收或放射出來，但若試圖阻止光的傳播，那麼光子只能藉著被材料吸收而消失，轉換為其他能量，例如熱能。

光子晶體的發想

1987 年左右，雅布羅諾維奇（Eli Yablonovitch）與約翰（Sajeev John）兩位科學家不約而同地思考著阻止光傳播卻不消滅光子的可能性。

雅布羅諾維奇是一位實驗物理學家，曾任職貝爾通信研究所（Bell Communications Research）的研究員。他當時思考的問題主要是如何抑制原子的「自發輻射（spontaneous emission）」以減少能量的浪費，並增加雷射的效率。根據雅布羅諾維奇教授的回憶，當時曾有一些研究者建議將發光的原子置於「兩面金屬牆」之間；另一些研究者則建議使用「一維布拉格光柵（1D Bragg grating）」以取代金屬牆。然而，雅布羅諾維奇博士認為這兩種方法都行不通。

第一種方法只能阻擋某一種偏振的光，因此只有一半的效果。另一種方法雖然能阻擋朝著布拉格光柵週期方向傳播的光，但是對於朝著垂直於週期方向（此方向介質是均勻的）傳播的光卻沒有效果。雅布羅諾維奇於是試著在紙上畫出他認為行得通的三維週期結構，並在往後的幾年中不停試著對介電質鑽洞，以找出確實可行的週期結構。經過了好幾年的失敗，並在跟理論物理學家的合作下，在鑽了大約五十萬個洞之後，終於找出了理想可行的三維週期結構。

另一位光子晶體概念的提出者約翰，則是基於完全不同的理由而提出這個概念。約翰是一位理論物理學家，那時的他是一位普林斯頓大學（Princeton University）的年輕助理教授。當時他所思考的問題是，如何讓光在介質中的傳播停下來。

故事先回到1958 年，當年服務於貝爾實驗室（Bell Labs）的凝態物理學家（condensed matter physicist） 安德森（P. W. Anderson，1977年諾貝爾物理獎得主）從理論上發現了一個很驚人的現象，後來被稱作安德森局域化（Anderson localization）：在一個充滿隨機分布的雜亂位能（random potential）的材料裡，電子可以因「多重散射（multiple scattering）」而被困在其中無法移動。根據量子力學，支配電子的各種行為的是薛丁格方程式（Schrödinger equation）─ ─ 這是一個波方程式（wave equation），因此安德森局域化現象其實是一個波現象，與電子的粒子性似乎並沒有直接關係。科學家們理解到這一點後，忍不住好奇的問：這樣奇特的波現象會不會也發生在光波與聲波系統？如果有，能不能觀察到？

約翰的博士論文所研究的就是局域化現象，因此他對於安德森局域化的理論內涵有很深的理解與掌握。對應於電子系統的隨機位能，在光學系統內所要準備的是具有隨機分布的凌亂折射率的透明介質。然而，研究者發現，理論上要達到把光完全困住的結果，所需要的介質樣品必須非常大，而且在實驗上很不容易把這個現象，與光在傳播過程中介質對光能量的逐步吸收效應區分出來。約翰於是建議先做出週期性的介質，再將介質的週期稍微弄亂一些，如此在某些頻段就可以用較小的介質樣品將光完全困住。

雅布羅諾維奇與約翰目前分別是加州大學柏克萊分校（University of California, Berkeley）與加拿大多倫多大學（University of Toronto）的教授。根據雅布羅諾維奇的說法，當年他們在學術界頂級的物理期刊《物理評論通訊》（Physical Review Letters）各自發表了他們的第一篇光子晶體研究論文，兩篇論文的刊登日期相隔不到一個月。當他們聽說了彼此獨立提出了相似的研究概念後，就相約吃午飯，並一起為這個概念取名為光子晶體（Photonic Crystals）。

現今看來，這個既含有「光子」又含有「晶體」的名字取得十分誘人。這個說法從每年有眾多光子晶體相關的研究論文被發表就可以看得出來。另一個觀察指標則可以簡單地經由Google搜尋查到，這兩位先驅的第一篇光子晶體論文目前分別累積了13725次與9582次引用次數。不過，在論文發表後，他們的論文並未立刻引起其他研究者注意。事實上，雅布羅諾維奇此論文發表後的頭三年，完全沒有其他人引用，前五年也只被引用兩次，而且這兩次還都是雅布羅諾維奇教授自己引用的。然而，進入90年代後，半導體製程技術的進步使得人們很容易製作尺寸從數百奈米至數微米的週期結構，而電腦運算資源的大幅成長，也讓人們很容易從理論上去計算出所設計的光子晶體的光學特性。這兩方面的重要發展促使了光子晶體的研究無論在數量與速度上，都以指數函數的方式隨時間成長。

光子晶體基本性質

講了那麼多故事後，那麼到底光子晶體的定義是什麼呢？背後的物理原理為何？所謂的光子晶體，其實就是「介電質的週期結構（periodic structure of dielectrics）」。

所謂介電質（dielectrics），即非金屬的材料；而所謂週期結構，就是在空間上無窮次重複的圖樣（repeat patterns）。化學課本告訴我們：「完美的固態晶體具有週期性的原子排列」。光子晶體的週期結構就像那樣，只不過光子晶體是將晶體中的原子以介電質的「人工原子」取代，尺寸也較真實晶體放大了數十倍甚至是數百倍。另外，在普通的半導體晶體物質中，導電須依靠電子通過週期性的位能；而在光子晶體中，光傳播是靠光波通過具有週期性變化的介電常數／折射率的介電質材料。

在半導體的研究中，人們很早就知道，週期位能對電子傳播的影響就是產生了能帶結構（energy band structure）與能隙（energy band gaps），後者又稱禁制帶（forbidden bands）。也就是說，可以在半導體中傳導的電子，它們的能量分布是一段一段的，而這每一段被稱為一個能帶。與此類似，在光子晶體中可傳播的光，其頻率的分布也是一段一段的，每一段稱為一個「頻帶（frequency band）」。夾在相鄰的兩個頻帶之間的則是頻隙（frequency band gaps） 或帶隙。根據量子力學，光子的能量與它的振動頻率成正比，比例常數是普朗克常數h，因此我們也稱光子頻隙為光子能隙。

光子頻隙

為何會出現頻隙？ 這不是個容易回答的問題。此處提供一個比較直覺的看法。當光波在週期結構中傳播時，會經歷多重散射，散射後的各分波與入射波一起疊加成總波場。這些分波疊加後在空間中形成建設性干涉與破壞性干涉的許多區域。在二維與三維的世界裡，破壞性干涉的區域若是形成各自分離的「孤島」，波能量仍可藉由連通的建設性干涉區，繞過這些孤島而傳播。反之，當建設性干涉的區域彼此互不相連，它們自己形成孤島時，波能量將無法傳遞。若在一整段頻率範圍內波能量都無法傳遞，則這一段頻率範圍就形成頻隙。

以上雖然說明了頻隙是波的一種破壞性干涉的效應，但很難從直覺上看出這個結果。頻隙可以很容易藉著不算太複雜的數值方法以電腦程式計算出來，但是幾乎不可能僅僅藉著用筆就推導出它在頻率軸上的正確位置與寬度。

光子晶體的應用

設計出這種有頻隙的光波介質，除了能將光波擋住，讓它傳播不了以外，有什麼積極性的應用嗎？答案是：有的。

通常用來製造光子晶體的方法，就是在一塊完整的介電質上周期性的打洞，或是用許多介電質小球或介電質柱子排成週期結構。利用光子晶體的頻隙特性，只要選擇將週期性做局部的破壞，就可以製造出許多有用的奈米光學元件。例如在介電質中製造「點缺陷（point defect，基本方法是在某一個該打洞的位置不打洞）」或「線缺陷（line defect，少打一整排洞）」，就可以將光波侷限在該缺陷附近以形成「共振腔（resonant cavity）」或是「光子晶體波導」。

傳統波導是利用全反射將光侷限在波導中，若是波導的轉彎角度過大，全反射條件就會被破壞，導致漏光。然而，光子晶體波導藉由頻隙效應將光鎖在波導內，工作原理與全反射無關，因此可以大幅度改善傳統波導大角度轉彎的光能損耗問題，實現光迴路的微小化。這使得在小尺度製造出「積體光路」以取代傳統「積體電路」變得可行，換句話說，使用光子取代電子作為資訊傳輸與處理媒介的可能性將大幅提高。基於這種可能性，雅布羅諾維奇甚至在一篇介紹光子晶體的科普文章中，稱光子晶體為「光的半導體」。利用同樣的原理，也可以製造出橫截面是含有點缺陷與週期結構的光子晶體光纖，用以輔助或取代部分傳統光纖。

負折射應用

除了頻隙效應，光子晶體的傳導頻帶其實也有妙用。透過光子晶體頻帶所提供的特殊色散關係（dispersion relation），光波在某些頻率範圍內表現出不尋常的傳播行為。而其中最有趣的就是負折射。當光由真空進入介質中， 若折射波折向法線的同一邊， 則根據司乃爾定律（Snell’s law） 可定義此介質具有負的折射率。

目前至少有兩種方式可實現負折射。第一種是利用光子晶體在「頻帶邊緣」（band edge）的特殊色散關係製造出「負群指數」（negative group index），其類比於半導體能帶理論中電子的「負等效質量」（negative effective mass）。第二種方式是製造一種在每一個晶胞（unit cell）中包含有共振器（resonators）的金屬性光子晶體。適當選取頻率範圍，可使此介質的等效介電常數、磁導率以及折射率皆為負值。

2000年10月，倫敦帝國理工學院（Imperial College, London）的彭德里（J. B. Pendry）教授在《物理評論通訊》上發表一篇著名的文章，證明一塊折射率為-1的負折射介質板是一個「完美透鏡」，具有放大「消逝波（evanescent wave）」的神奇能力，可將波源「完美成像」而超越繞射極限。此文發表後，立即在學術界掀起了負折射研究的熱潮。在研究者的持續努力下，負折射的現象已證明確實存在，且Science 期刊基於其應用潛力（例如新式的讀寫頭等），將相關研究選為2003 年的十大科技成果之一。更有甚者，這方面的研究後來重新取了一個名字，現在被稱「超材料」或「超穎材料」，是當前最熱門的研究領域之一。超材料研究目前最受矚目的研究方向是可超越繞射極限的超級透鏡，以及可以將物體隱藏起來的隱形斗篷。這兩方面的報導常可在新聞中看到。具體的細節可以參考筆者從前寫的一篇文章。

上述各種研究所談的都是光波或電磁波，但其實聲波或彈性波的特性與電磁波非常類似，可使用同樣的手法處理。藉著製造週期性的彈性材料，例如週期性的混搭兩種彈性係數與質量密度不同的材料，也可以製造出「聲子晶體（phononic crystals，或稱 sonic crystals）」，像控制光波一樣地控制聲波與彈性波（例如使用頻隙效應做防震）。此外，若是把「聲波共振器」做週期性的排列，人們也可以做出聲波版本的超材料，可用以設計聲波版的超級透鏡或聲波斗篷。

上述的介紹或許會讓讀者以為這些能控制光的週期結構都是人造的，這個觀念其實錯了。現在科學家們已在許多生物的身上發現了光子晶體。簡單舉幾個常見的例子：孔雀的羽毛、蝴蝶的翅膀，以及變色龍的皮膚，都被發現隱藏著特定的週期結構。換句話說，光子晶體就是牠們得以美麗以及迅速變化偽裝的秘密。

光子晶體以及相關的聲子晶體以及超材料研究，在當前依然非常火熱。許多概念已經釐清，某些夢想已經實現，還有一些設計的元件已經有小幅度的商業化。本文只對光子晶體概念做了最粗淺的介紹，有許多近年來的重要發展，例如光子晶體在太陽能電池研究中的應用，都沒有辦法仔細介紹。有興趣的讀者可以試著從參考資料以及相關的網路資料中去進一步的尋找想知道與想學習的材料。

參考資料

1. Yablonovitch, E., Photonic crystals: semiconductors of light, Sci Am., Vol. 285(6):47-51, 54-5., 2001.
2. 欒丕綱，〈現代光學隱形術—從隱形斗篷到變換光學〉，《科學月刊》，508期，277 頁，2012年
3. Teyssier, J. et al., Photonic crystals cause active colour change in chameleons, Nature Communications, Vol. 6: 6368, 2015.

本文選自《科學月刊》2015年5月號

延伸閱讀：
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