光控超材料问世

　　澳大利亚与俄罗斯科学家首度研发出可以透过光来控制特性的超材料(metamaterial)。这种新型的超材料是由包含电子线圈加上光电二极管(photo diode)的金属共振器所组成，未来可望应用在雷达与通讯系统上。
　　10年前登场的超材料具有次波成的人造周期性结构，结构中包含微小的金属棒与金属环，在于特定波长范围内的电磁波照射下，能产生不寻常的反应，例如让光朝反方向偏折的负折射率(negative refractive index)。科学家已利用这种特性制作出超级透镜(superlens)，能将光聚焦至比波长还小的区域，使光学显微镜的分辨率突破绕射极限。另一种应用则是所谓的隐形斗蓬(invisible cloak)。
　　超材料通常有固定的结构，因此制成之后无法调整其特性。然而就在最近，由Ilya Shadrivov及Yuri Kivshar所领导的国立澳洲大学及国立信息、机械及光学研究大学(SPbNRU ITMO)研究团队，找到一个破解的方法。他们制作的超材料不单是以往的简单金属图样，而是包含线圈与光电二极管。
　　该团队的超材料是以类似制作印刷电路板的方式，在金属板上制作铜质隙环共振器(split-ring resonator, SRR)数组。SPR由两个有缺口的铜环构成，半径为3.25 mm、幅宽0.5 mm、厚30 μm，间距为1 mm。两个铜环都有0.4 mm的缺口，内置光电二极管及线圈。他们队利用光电二极管照光所产生的电压来改变超材料的共振频率，因此得以调制材料的折射率，进而控制通过样品的微波偏折的方向。
　　Shadrivov表示，根据他们的设计，若以强度随空间变化的光照射SPR数组，还能以不均匀的方式改变超材料的特性。这点可望用来制造可重新设定的碟型天线或反射镜(例如改变焦点或反射率)，以便在不同波长下操作。此种新结构可以用来制作能强烈吸收光的材料，或是特性能重新设定的隐形斗蓬。详见Phys. Rev. Lett. 109, p.083902 (2012)。
光控超材料