中国科学家成功创造了菜盘大小的电磁“黑洞”

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两位中国研究者成功地制做出了一个圆柱形的人造电磁学黑洞。如果将它放在微波环境中,它能够像宇宙中的黑洞一样去吸收环境中的微波辐射。


有去无回的魔圈:用超常介质材料圆环做成的圆柱体有效地吞噬在同一平面内指向它的电磁辐射。

辐射吸收:在实验演示中,微波辐射被“黑洞”的外层鞘壳向内扭曲,进而被核心扑捉。

在光学上实现相似的人造黑洞已不再遥不可及,一组超常介质材料圆环像黑洞吞噬物质和光一样有效地吸收微波辐射。

两位研究者称他们已经成功地制做出了一个圆柱形的人造电磁学黑洞。如果将它放在微波环境中,它能够像宇宙中的黑洞一样去吸收环境中的微波辐射。

上周,来自中国南京市东南大学微米波国家重点实验室的崔铁军教授和陈强在物理在线预印网站arXiv.org中的一篇文章里,详细阐明了他们的研究成果。他们制作了一个直径为21.6厘米,内有60个利用超材料(metamaterial)制成的同轴环的圆柱体,这种超材料是用特殊工艺制作的复合材料,具有特殊的扭曲光线的能力。

与普通的放大镜不同,利用超常介质材料做成的透镜具有负折射系数。如果我们虚构一条垂直于棱镜表面的线并称其为法线,那么负折射系数的意思就是,相对与法线来说,折射光线与入射光线在法线的同侧。在过去的几年中,世界上的许多研究组已经利用超常介质材料创造出了“超棱镜”用来实现隐身斗篷。在隐身斗篷中,光线就会被扭曲着绕过物体,而让它好像不存在一样。

实验室中创造的黑洞也是利用相似的方法,那就是建立一个分级的折射系数来将电磁辐射扭曲到圆柱体的中心。这样一来,这个中心就成为了一个有效的电磁辐射吸收器。对于这种装置,其中一种可能的应用就是,将该圆柱体的核心用比如说太阳能电池等类型的负载来替代,同时利用非核心的外围部分将光线汇集进来。但是对于这一想法,Cui担心要实现它还有很长的路要走,因为那将既要求这一器件要能够被改进为可以在可见光波长区域内能够工作,同时还需要将其中的二维圆环扩展到三维中去。

崔铁军和陈强的工作初步实现了美国普渡大学的Evgenii Narimanov和Alex Kildishev在今年年初在理论上提出的利用超常介质材料结构来吸收从任意方向入射过来的光线的方案。

电子与计算机工程系的教授Narimanov说,在他和Kidishev的工作以及许多利用超常介质材料来实现光线操纵的工作基础上,这一成果的实现并不让他感到惊奇。但他同时也承认:“可他们能在这么短的时间内实现,确实让人印象深刻。”

在帝国理工大学,其中一位最早开始利用超常介质材料奇特性质实验的物理学家John Pendry说,这一新兴的实验领域构建了一种制作吸收器同时又能控制所吸收的辐射的方法。

(来源:环球科学 2009-10-23)

  

 

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