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新的超材料赋予可见光几乎无限的波长

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  图1.测得的介电常数各种厚度的Ag / SiN层状材料的有效介电常数。

  通过堆叠纳米级的银和氮化硅层,科学家制造了一种超材料,可以提供几乎无限波长的可见光。

  来自FOM研究所AMOLF和宾夕法尼亚大学的研究人员制造了一种材料,该材料可以发出几乎无限波长的可见光。新的超材料是通过堆叠银和氮化硅纳米层制成的。它可能会在新颖的光学组件或电路以及更高效的LED设计中找到应用。这项工作于10月13日发表在《自然光子学》上。

  光的相速度和群速度决定了光在材料中的传播方式。相速度决定了波的波峰和波谷如何在材料中移动,而群速度则描述了能量的传输。根据爱因斯坦定律,光能的传输永远不会比光速快。因此,群速度受到限制。但是,相速度没有物理限制。当相速度变为零时,波的波峰和波谷没有运动;波的波峰和波谷没有运动。当无限时,波长发散到非常大的值。然而,在自然界中,不存在具有这种特殊性能的材料。

  超材料现在,研究团队提出了一种由比光波长小得多的晶胞结构组成的超材料。通过堆叠纳米级的银和氮化硅层,可以制造出一种新材料,其中的光“感觉”了这两层的光学特性。

  

  图2.超材料人造超材料顶面的电子显微镜图像。银和氮化硅层分别清晰可见为亮带和暗带。使用离子束抛光超材料的顶部表面,以去除多余的银

  光穿过物质的方式取决于材料的介电常数:材料对光波电场的电阻。由于银的介电常数为负,而氮化硅的介电常数为正,因此组合材料的介电常数实际上等于零。因此,似乎光经历了零电阻,并且以无限的相速度传播。光的波长几乎是无限的。

  研究人员使用聚焦离子束铣削加工了这种材料,该技术可以控制纳米级材料的结构。通过特殊构建的干涉仪,表明光确实通过超材料传播而没有明显的相位变化,对应于几乎无限的波长。这种新材料可能会在新颖的光学组件或电路以及更高效的LED设计中找到应用。

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