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成的新材料

　　據物理學(xué)家組織網(wǎng)10月14日(北京時(shí)間)報道，荷蘭原子與分子物理研究所物質(zhì)基礎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成的新材料，能賦予可見(jiàn)光近乎無(wú)限的波長(cháng)。該材料有望在新型光學(xué)元件、光線(xiàn)路等領(lǐng)域大顯身手，也可用于設計更高效的發(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(zhù)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(dòng)，波群速度則描述了能量的傳播。根據愛(ài)因斯坦的理論，光能的傳播永遠不會(huì )快于光速，因此相位速度雖沒(méi)有物理限制，但波群速度是有限的。當相位速度變?yōu)榱銜r(shí)，波峰和波谷的運動(dòng)消失，此時(shí)其波長(cháng)看作是接近無(wú)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。

　　研究人員解釋說(shuō)，光在介質(zhì)中傳播的方式取決于介質(zhì)材料的介電常數，即它對光波電場(chǎng)的阻抗。近零材料(ENZ，介電常數接近零的材料)具有獨特的性質(zhì)，光在其中傳播時(shí)，幾乎沒(méi)有相位超前。雖然目前已有微波和遠紅外波譜的人造材料，但可見(jiàn)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(guò)其中的光能“感覺(jué)”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)對材料結構實(shí)現了納米尺度的控制。因為銀的介電常數可以忽略，而氮化硅的介電常數為正，二者結合介電常數在實(shí)際效果上就等于零，對光而言所受阻抗看起來(lái)也是零，能以無(wú)限的相位速度傳播，光的波長(cháng)也近乎無(wú)限。

　　經(jīng)專(zhuān)門(mén)建造的干涉儀顯示，光在這種材料中傳播時(shí)，相對于幾乎無(wú)限的波長(cháng)而言，其相位確實(shí)沒(méi)有明顯變化。通過(guò)改變材料的幾何形狀，還可調整適用于整個(gè)可見(jiàn)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、波陣面造型、控制自發(fā)射和超輻射等方面。