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  • “隐形斗篷”或成现实 厦门大学发现二维天然材料可用于隐身设计

    作者:符晓波 来源:科技日报 时间:2022-01-13 23:04 阅读:1965 [投稿]
    厦门大学物理科学与技术学院陈焕阳课题组联合Qiaoliang Bao教授在研究中发现,利用一种常见的二维天然材料三氧化钼(α-MoO₃)可取代昂贵且难以生产的超材料制造隐身器件。

    隐形斗篷可能很快就不再是科幻电影里的东西了,未来或成现实。

    近日,厦门大学物理科学与技术学院陈焕阳课题组联合Qiaoliang Bao教授在研究中发现,利用一种常见的二维天然材料三氧化钼(α-MoO3)可取代昂贵且难以生产的超材料制造隐身器件。

    这意味着,未来制造隐形设备的门槛会大幅降低,许多科幻电影小说中描述的情形有望在现实中出现。该研究成果发表在国际期刊《纳米光子学》杂志上。

    随着科学技术的发展,“隐身术”不再只是人类的幻想。隐形飞机、隐形装甲机、隐形军舰等在军事领域的应用已较为普遍。不过因为要实现器件的完美隐形需要通过人类设计出自然界原本没有的超材料才能实现,“隐身术”的应用距离普罗大众生活仍有一段距离。

    而此次研究中,天然材料三氧化钼(α-MoO3)被发现具备超材料的特性,无需复杂加工即可成为理想的隐形材料。

    “低可探测技术”与超材料

    通常人们所说的“隐身术”在科技领域实际上是一种“低可探测技术”,即利用各种不同的技术手段来改变目标物可探测性信息特征。例如,采用独特设计的吸波、透波材料降低目标物对电磁波、光波的反射,或采取隔热、散热措施减弱目标物的红外辐射,亦或通过折射光线使人眼无法察觉目标物,使其降低被发现的可能。

    隐形技术涉及电磁场原理、声学、光学、红外工程学等多种学科,属于典型的跨学科应用科学技术。而其中隐形材料是隐身技术发展的关键。

    近年来,超材料因其能突破传统的光学定律,在理论上实现最佳的隐身效果而倍受科学界广泛关注。同时,基于超材料支撑的变换光学自2006年提出后,成为一门新兴学科,也成为物理学界的热门话题。

    所谓超材料是指一类特殊性质的人造材料,经过人为对其微结构的改造,能够操纵电磁波,改变波的传播路线,使波发生弯曲,以达到绕射传播的目的,实现传统材料无法实现的隐身效果。超材料的出现和发展,使许多具有不同功能的器件被设计和实现,例如隐身斗篷、光学错觉装置、旋转器等。

    特别是自2006年Leonhardt和Pendry等人关于隐形的论文发表后,隐身衣已成为电磁学、物理学、光学、材料科学及交叉学科最前沿和最热门的研究领域之一。不过,为了实现上述隐形效果,通常需要简化电磁参数以避免无限大或负数的情况,且还需要用复杂结构等效出梯度折射率材料,这些过程需要昂贵的光刻技术和繁琐的制造方法,并且最终的实际效果也会因存在较大散射和偏差而大打折扣。

    天然双曲材料有望替代超材料

    针对这些问题,厦门大学物理科学与技术学院陈焕阳教授团队在变换光学基础上,大胆设想,通过寻找设计一种二维天然材料的折射率分布实现超材料操纵光行为的效果。近日,他的一项最新模拟计算表明,这种天然材料被找到了:使用三氧化钼(α-MoO3)制造隐形装置,可以达到超材料实现的隐身效果。


    α-MoO3隐身聚光器模型

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