幾年前,電氣工程師伊戈爾·I·斯莫利亞尼諾夫運用時間機器的物理學原理,以非凡的橫向思維推匯出了電磁波的特性。這位馬里蘭大學教授當時正在研究等離子體激元學,這已成為材料科學中最熱門的領域之一:在等離子體激元學中,光從三維波(光子)轉變為二維波(等離子體激元),例如,沿著金屬片的側面傳播。如果將一滴液體放在金屬片上,等離子體激元就會被捕獲——就像黑洞內部的光子一樣。事實上,這個洞可能被用來建立一個時間機器的類似物,並引起科幻小說愛好者熟悉的所有矛盾。斯莫利亞尼諾夫推斷,如果時間機器不起作用,那麼它們的類似物也不應該起作用,由此他對波的行為得出了結論。
他和他的同事現在已經使用液體滴黑洞類似物建立了一種顯微鏡,它可以觀察到比照明光波長更小的細節——物理學教科書過去常說這是不可能的。關鍵在於等離子體激元比轉換它們的光子的波長更短,因此它們對更精細的特徵做出反應。斯莫利亞尼諾夫的團隊使用了波長約為 500 奈米的雷射來產生波長為 70 奈米的等離子體激元。一滴甘油聚焦它們以形成二維影像,然後由普通光學顯微鏡觀察(上圖)。
與等離子體激元學一樣,相關的超材料科學——創造具有與任何天然原子光學性質都不同的光學性質的人工原子——是一扇通往奇妙世界的大門,這個世界必定是虛構的,但又並非如此。今年春天,倫敦帝國學院的約翰·B·彭德里與杜克大學的大衛·舒裡格和大衛·史密斯,以及蘇格蘭聖安德魯斯大學的烏爾夫·萊昂哈特獨立地預測,超材料外殼可以將光線重定向到物體周圍,使其隱形。杜克大學的研究人員在 10 月份演示了一種“隱形斗篷”。
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賓夕法尼亞大學的納德·恩格赫塔和他的同事們已經提出了一套標準化的等離子體激元元件,類似於電阻器、電容器和電感器,這可以使工程師使用光而不是電來構建電路。在不久的將來,奇妙的等離子體激元世界可能會掛在 RadioShack 的貨架上。