美國和荷蘭科學(xué)家合作制造出堆積銀和氮化硅納米層構(gòu)成的新材料

　　據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)10月14日(北京時間)報道，荷蘭原子與分子物理研究所物質(zhì)基礎(chǔ)研究所和美國賓夕法尼亞大學(xué)科學(xué)家合作，制造出一種由堆積銀和氮化硅納米層構(gòu)成的新材料，能賦予可見光近乎無限的波長。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)計更高效的發(fā)光二極管。相關(guān)論文發(fā)表在13日出版的《自然·光子學(xué)》雜志上。

　　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)中的運動，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，波峰和波谷的運動消失，此時其波長看作是接近無窮大的一個極大值。然而在自然界并不存在這種性質(zhì)的材料。

　　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)，即它對光波電場的阻抗。近零材料(ENZ，介電常數(shù)接近零的材料)具有獨特的性質(zhì)，光在其中傳播時，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)對材料結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了納米尺度的控制。因為銀的介電常數(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)在實際效果上就等于零，對光而言所受阻抗看起來也是零，能以無限的相位速度傳播，光的波長也近乎無限。

　　經(jīng)專門建造的干涉儀顯示，光在這種材料中傳播時，相對于幾乎無限的波長而言，其相位確實沒有明顯變化。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。