中國(guó)粉體網(wǎng)10月30日訊  “超材料”是具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料，其能采用天然材料無法做到的方式彎曲、散射或傳輸電磁波。不過，迄今為止，研制出的“超材料”的魔力還十分有限：只在單層的二維材料上取得了成功；“負(fù)折射”特性也只出現(xiàn)在微波范圍。對(duì)于波長(zhǎng)更短的光，比如人眼適應(yīng)的可見光，還無能為力。
　　
　　光的相位速度和波群速度控制著光在一種介質(zhì)中的傳播。相位速度決定了波峰和波谷在該介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)，波群速度則描述了能量的傳播。根據(jù)愛因斯坦的理論，光能的傳播永遠(yuǎn)不會(huì)快于光速，因此相位速度雖沒有物理限制，但波群速度是有限的。當(dāng)相位速度變?yōu)榱銜r(shí)，波峰和波谷的運(yùn)動(dòng)消失，此時(shí)其波長(zhǎng)看作是接近無窮大的一個(gè)極大值。然而在自然界并不存在這種性質(zhì)的材料。
　　
　　據(jù)介紹，該材料有望在新型光學(xué)元件、光線路等領(lǐng)域大顯身手，也可用于設(shè)計(jì)更高效的發(fā)光二極管。研究人員解釋說，光在介質(zhì)中傳播的方式取決于介質(zhì)材料的介電常數(shù)，即它對(duì)光波電場(chǎng)的阻抗。近零材料（ENZ，介電常數(shù)接近零的材料）具有獨(dú)特的性質(zhì)，光在其中傳播時(shí)，幾乎沒有相位超前。雖然目前已有微波和遠(yuǎn)紅外波譜的人造材料，但可見光范圍的塊狀三維ENZ材料還很難得到。
　　
　　為制造這種材料，研究小組用精密排列的堆積銀和氮化硅納米薄層，使通過其中的光能“感覺”到這兩種材料的光學(xué)性質(zhì)。他們利用聚焦離子束銑削技術(shù)對(duì)材料結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了納米尺度的控制。因?yàn)殂y的介電常數(shù)可以忽略，而氮化硅的介電常數(shù)為正，二者結(jié)合介電常數(shù)在實(shí)際效果上就等于零，對(duì)光而言所受阻抗看起來也是零，能以無限的相位速度傳播，光的波長(zhǎng)也近乎無限。
　　
　　氮化硅，化學(xué)式為Si3N4，是一種重要的結(jié)構(gòu)陶瓷材料。它是一種超硬物質(zhì)，本身具有潤(rùn)滑性，并且耐磨損，為原子晶體；高溫時(shí)抗氧化。而且它還能抵抗冷熱沖擊，在空氣中加熱到1000℃以上，急劇冷卻再急劇加熱，也不會(huì)碎裂。
　　
　　經(jīng)專門建造的干涉儀顯示，光在這種材料中傳播時(shí)，相對(duì)于幾乎無限的波長(zhǎng)而言，其相位確實(shí)沒有明顯變化。通過改變材料的幾何形狀，還可調(diào)整適用于整個(gè)可見光譜的范圍。研究人員指出，這種新材料有望在新型微波/納米光學(xué)元件領(lǐng)域大顯身手，如透射增強(qiáng)、波陣面造型、控制自發(fā)射和超輻射等方面。
　　
　　據(jù)悉，首塊由“超材料”制成的產(chǎn)品有望于明年面市，這也有望引發(fā)連鎖反應(yīng)，讓普通消費(fèi)者在使用“超材料”中受益，比如，在飛機(jī)上或從手機(jī)那兒獲得更快、更便宜的互聯(lián)網(wǎng)連接。德里斯科爾表示，這樣的應(yīng)用也將有助于由“超材料”制成的產(chǎn)品從“人們生活中的新奇之物”變身為“生活中不可或缺之物”。