扭转光线的新材料

晓说

     你曾试想过有一天能随心所欲的操控光线么？澳大利亚国立大学的科学家们利用一种新型超材料实现了这一梦想。这种超材料是光电子学领域发展过程中取得的最新进展。它在速度和体积上的优势以及低碳的特性使其注定成为电子学应用的取代者。
    洗衣篮中的一个无意发现使得这个团队创造出了超材料中的一个最新门类。这些人造材料有着与天然材料迥异的非凡特性。

“我们的材料能够扭转光线，也就是说，我们的材料能使光的偏振面发生旋转。而且，偏转程度在数量级上也远高于天然材料所能达到偏转程度。”该项目的主要负责人，澳大利亚国立大学物理与工程研究院的博士生刘明凯说，“同时，我们可以直接用光线控制扭转效应的开启或者关闭。”刘明凯补充道。

据估计，在如今全球二氧化碳排放量中，电子设备所产生的二氧化碳占大约2%。而如果这些电子设备被光电子设备所取代，二氧化碳的排放量将大大降低。这样的“进化”在某些领域已经实现。比如在远距离输送信号领域，由光线作为信号承载的光纤已经取代了传统的电缆。接下来我们要将类似的替换在电子计算机的芯片中实现，为此，必须通过大力发展光电子学，以便能精确控制光的某些性质（比如光的偏振面）才能达到目的。

如本实验中所呈现的，一种材料的偏振旋转能力取决于其分子的不对称性。在一些天然矿石和材料中，这种规律比较明显，举例来说：糖类的分子结构是不对称的，故可以利用偏正旋转来测定糖类的浓度，这对糖尿病的研究和治疗意义十分重大。

不过，这种具有非凡特性的人造材料可能首先被用于新兴的光电子产业。该项目的成员，同样来自澳大利亚国立大学物理与工程研究院的大卫•鲍威尔暗示道。

“这是一种全新的光处理工具，”他说：“用这种超材料的一个小小薄片就能取代以往笨重而庞大反射镜和透镜的集成体。这种微型化可能催生结构更加紧密、体积更加微小的光电设备，比如光电晶体管。”

这种超材料是采用具有特定形状的微小金属制成的，这种金属被称为“中继原子”。为了实现光的扭转，刘博士和他的同事采用一对“C”形的中继原子，将其中一个原子用一根细金属线悬挂在另一个原子上方。当光线照射在这对中继原子上时，上方的原子将会发生旋转，从而使系统的对称性改变。

“系统所具有的高响应性是由于一个被悬挂起来的物体是很容易发生旋转的，”刘博士说：“而我有一天在我的脏衣服上发现了一截儿悬挂着的金属线，从而有了这个灵感。”

他补充道，事实上只要在照射这一对中继原子时增加任意一束不同维度上的光线，原子就会发生移动来回应光线的改变。

刘博士说：“因为光线能影响系统的对称性，我们就可以通过调节光线来控制材料的反应，这种可控性决定了这种人造材料是否能够真正实现应用。”