无需超材料，科学家创造微波范围内的隐形物体

据美国科学日报报道，俄罗斯圣彼得堡信息技术、机械和光学大学（ITMO）、艾奥费科学院和澳大利亚国立大学的物理学家成功创造了在微波范围内完全不可见的均匀圆柱体物体。与现在日益盛行的隐形概念有所不同——主要依赖超材料涂层——这些科学家没有借助任何额外的涂层使用了一个均匀物体就获得这一结果。这项研究发现被发表在期刊《科学报告》上。

在微波范围内完全不可见的均匀圆柱体物体

科学家们研究了装满水的玻璃圆柱体里散射的光。本质上来说，这样的实验代表了一个经典的均匀球体散射（米式散射，Mie scattering)问题的二维模拟物，这一问题的解决方法已经存在了1个多世纪。然而，这一经典的问题包含罕见的物理现象，这种物理现象常常出现于涉及具有高折射率的材料时。在这项研究里，科学家们使用了普通的水，后者的折射率可以通过改变温度来调节。

结果发现，高折射率与两个散射机制有关：与圆柱体内部光的定位有关的共振散射，以及非共振散射，后者是由对波频率的依赖性所定义的。这些机制之间的相互作用被称为Fano共振。研究人员发现在特定频率，通过共振散射和非共振散射机制散射的波具有相反的相位，且互相摧毁，从而导致物体隐形。

这项研究导致了对通过散射取消产生的不可见均匀物体的第一批实验性观测。更重要的是，这一研发的技术使得在1.9GHz的相同频率下随意切换可见性和不可见性变为可能，这只需要将圆柱体里水的温度从90摄氏度调节至50摄氏度即可。

“我们的理论计算在微波实验里被成功的测试。真正重要的是我们在研究里所实现的隐形概念可以适用于其他电磁波段，包括可见光波段。具有相应折射率的材料要么早已存在，要么可以很容易的产生，” 文章第一作者、ITMO大学超材料实验室的高级研究作者米哈伊尔·雷宾（Mikhail Rybin）这样说道。

从工程角度看，在均匀物体而非覆盖了额外涂层的物体上发现隐形现象也非常重要。由于产生均匀圆柱体更加容易，因此这一发现可能可以推动纳米天线的进一步发展，其中不可见的结构元素可以帮助减少干扰。例如，隐形棒可以被用作连接两个光学芯片的微型天线复合体的支撑物。

随着超材料的发展，隐形这一课题开始得到重视，超材料是指具有光学特性的人工设计的结构，它们不存在于自然界。超材料能够以奇异的方式改变光的方向，包括让光在隐形物体处弯曲。即便如此，基于超材料的涂层非常难制造，且与很多其他的隐形想法不兼容。这一研究小组研发的方法是基于对散射过程的新理解，且从简单性和成本效益方面远超其它现有方法。（编译/严炎刘星）