光纤

当今世界，电子设备和光学系统的连接已经非常常见，最典型的就是电脑连接光猫，连接光缆，访问互联网。

但是，由于光学元件和电子元件毕竟是不同的，电子的工作范围比光小得多。电子系统和光学系统之间的不匹配意味着每次信号从一个系统转换到另一个系统时，都会导致传输效率降低。

现在，普渡大学的研究小组发现了一种方法，可以利用半导体和一种新方法来制造更有效的超材料，这种材料可以增强电子的活性。这项研究发表在《光学》杂志上。

几十年来，科学家们一直致力于将光子缩小到纳米级，使其与电子更为兼容也就是所谓纳米光子学。

要实现这一目标，目前的方法是使用一种稀薄的材料和昂贵的生产技术来制造所谓的双曲材料。

双曲材料是一种特殊材料，对沿某一轴的光具有极高的反射率，并沿垂直轴进行光反射，这种2轴都在同一平面内的材料能够被用来制造可改变入射光偏振的光学元件。

这种材料的反射特性允许光在极小尺寸范围内被操纵和限制。

许多晶体都表现出双折射，在这种情况下，其折射率(测量材料中光速的指标)沿不同轴而有所区别。此性质可用于控制入射光的偏振。

问题在于如何制造这种双曲材料。它们通常由金属和电介质交织而成，每个表面都必须在原子水平上尽可能光滑和无缺陷，这点很难达到，现有的工序耗时且昂贵。

研究团队一开始试图利用近年来爆发的半导体制造技术制造双曲材料，遗憾的是，半导体本身并不能制造出好的光学超材料，因为它们没有足够的电子。

半导体制作的双曲材料可以在相对较低的频率下工作。但是为了改进成像和传感技术，科学家需要在可见光的近红外光谱中工作的超材料。

纳里曼诺夫和他的合作者发现并测试了一种叫做“弹道共振”的光学现象。

弹道共振是指在某些特殊的晶体材质，其中仅由系统内部的热能就可激发机械振荡。

在这些新的光学材料中，将超材料的概念与单晶半导体的原子精度相结合，自由(弹道)电子与振荡光场相互作用。

当自由电子在薄导电层内反弹时，使光场与自由电子的运动频率同步，形成复合材料，使电子共振，增强每个电子的反应，并创造出一种在更高频率下工作的超材料。虽然研究人员还不能达到可见光谱的波长，但他们实现了60%的目标。

这类新材料有可能显著提高医学扫描和科学成像的分辨率，并大幅度缩小超级计算机的体积，使科学家在未来通过更小但更强大的设备，更清晰地看到那些微小事物。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料：

[1]https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-12/pu-pdl121420.php

[2]https://www.osapublishing.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-7-12-1773&id=444720