利用原子阵列实现负折射首获证实
发布时间: 2025-02-15 08:02:19
科技日报北京2月13日电（记者刘霞）来自英国兰卡斯特大学与日本电报电话公司的科学家首次证实，使用原子阵列即可实现负折射，而无须依赖人工制造的“超材料”。这一发现为开发超透镜和新型隐形设备铺平了道路。相关论文发表于12日出版的《自然·通讯》杂志。
科学家一直试图以似乎违反自然规律的方式控制光线。图片来源：兰卡斯特大学
当光线通过不同介质的界面，例如从空气进入水或玻璃时，传播方向会发生改变，出现折射现象。负折射指光束在界面处的折射方向与正常折射方向相反。这一现象备受科学家关注，因为其有可能彻底颠覆光学领域，带来突破性应用。例如，科学家可以基于这一现象，创造出能够超越衍射极限进行聚焦和成像的超透镜，或开发出使物体隐形的装置。
尽管科学家已经通过人工制造的“超材料”实现了负折射，但这些“超材料”制备困难，容易出现缺陷，还会导致非辐射损耗，从而严重限制了负折射现象的实际应用。
在最新研究中，科学家对传播光的原子阵列逐个原子地进行了详细模拟。结果表明，原子的协同响应可以实现负折射。他们解释说，在这种情况下，原子通过光场相互作用，集体而非独立地做出反应。这种集体相互作用会产生新的光学特性，例如负折射。
随后，研究团队通过在周期性光学晶格中捕获原子，实现了这些效应。光学晶格就像由光组成的“鸡蛋盒”，原子被驻波稳定地固定在适当位置。
团队表示，这些精确排列的原子晶体使他们能以极高精度控制原子与光之间的相互作用，为基于负折射的新技术铺平了道路。
光学晶格内原子的集体行为具有显著优势。与人工制造的“超材料”不同，原子系统提供了一种没有制造缺陷的、原始且纯净的介质。在这种系统中，光以精确受控的方式与原子相互作用，而不会出现热损失。这些独特的性质使原子介质能够替代“超材料”，在负折射实际应用领域大显身手。
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