每一滴血都充满了微生物 - 想象一下，如果我们能用肉眼看到他们，甚至那些纳米级病毒。有了科学家称为“完美镜头”的透镜，这成为了一个现实的可能性。该透镜还没有被创建出来，但它是一个由超材料制备的理论上完美的光学透镜，可能会改变材料与光相互作用的方式。

 

虽然完美镜头几乎是完美的，并由超材料制成，但它不是万无一失的。随着研究领域在过去的15年间不断扩大，越来越多的挑战出现了。

 

现在，密歇根理工大学的研究人员已经找到一种解决可能面临的最大挑战之一的方法，可以让光波没有任何消耗的通过镜头。物理评论快报杂志刊登了他们今年七月的研究，是密歇根理工大学电气和计算机工程系Durdu Güney教授做的一个延续性工作。

 

与Güney一起工作的有密歇根理工大学的博士候选人Mehdi Sadatgol，圣路易斯的华盛顿大学电气和系统工程学院的SahinKaya Özdemir和Lan Yang。正如该团队在他们的论文中写的那样，“这些发现为实现从一无所有到神奇的超材料的早期梦想提供了可能。”

 

超材料的前景

 

超材料通常都基于天然材料，但可以改造成具有完全不同的光学性质。超材料超越天然材料，如玻璃，塑料，金属或木材的极限。要做到这一点，用于制造超材料的基础- 像Güney组使用的银薄膜- 这可以调整亚波长规模，使光波与材料按照新的方式相互作用。虽然还没有人创造出完美镜头，Güney测试的金属基看起来更像是一个传统的玻璃镜片;光会穿过，而不是反射出金属。

 

“在可见光频段，铝和银是至今最好的选择，不只是对完美镜头，而是对所有超材料，” Güney说，揭示了超材料已成功地用这些金属创建出来，虽然他们仍然倾向于吸收光波。 “损失- 或不希望的光吸收-对太阳能电池是有利的，但对镜头是不好的，因为它使光波退化。”

 

获得更清晰图像的方法是提供一个牺牲光波。

 

负折射率超材料方案

 

吸收的解决方法就在光波本身，这在超材料中表现的很奇怪。完美镜头依靠负折射率超材料来创建自己的科幻光弯曲性能。正面和负面决定于材料如何响应光波的传播和衰减，这就像光学阴阳。大多数材料 - 正指数材料- 只允许传播的光波通过。另一方面，负折射率超材料不只能使传播光波通过，也放大衰减的光波。

 

“为了让完美的镜头正常工作，必须满足很多的电磁波约束，” Güney说。 “我们不知道所需的光学模式[光波的材料]该如何被激发，以及为了图像的完美建筑镜头该如何保护。”

 

这种困难导致研究人员尝试了许多的超材料构造的修改，增加体积，模式，以及吹毛求疵和日益复杂的模型。但是，Güney和他的团队提出远离并发症，并回归光本身。在他们的等离子体喷射方案中（简称pi-方案或π-方案），当光波穿过负折射率透镜时，研究人员可以知道哪个光波崩溃。他们利用这一个波 - 注定要在镜头里失败 – 来保护所需的光波，使其毫发无损的通过。

 

“通过这种方法，你可以设计这个牺牲波，”Güney说。 “这种波的构建用其他方法是很难实现的。”

 

技术向前发展意味着更方便的医疗技术和轻量级的现场设备，这只是个开始。

 

“成像是这项工作的关键技术之一，”Güney补充说，完美的镜头可以使科学和医学变成现实。 “这会让生活更容易理解，因为人们将能够用自己的眼睛看到它。”

 

新材料在线编译整理——翻译：王晶晶 校正：摩天轮

 

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