多年來，研究人員一直在努力尋找一種有效的方法來開發不會在光線透過時損失部分光線的透鏡——這種效應阻礙了雷射器、醫療診斷成像裝置和感測器系統的效能。現在，一個由普林斯頓大學的研究小組領導的研究人員開發了一種使用奈米尺寸材料的新技術，為新型透鏡奠定了基礎，這些新型透鏡可以消除當今光學技術中固有的誤差和影像失真，並且有一天可能被用於檢測空氣和體內的有毒化學物質。
這項研究的關鍵組成部分是建立了一種由“超材料”製成的固態晶體，該晶體具有負折射的特性，這會導致光線在穿過空氣和水等天然材料時，朝與自然方向相反的方向彎曲。主要研究作者、普林斯頓大學工程專業研究生安東尼·霍夫曼說，具有負折射特性的透鏡將具有平坦的表面，並且不會像具有正折射特性的普通彎曲透鏡那樣存在相同的解析度限制和影像失真。
霍夫曼和他的同事們透過在直徑為5.1釐米（2英寸）的磷化銦襯底上交替放置80奈米厚（1奈米等於3.94 x 10-8英寸）的砷化銦鎵和砷化銦鋁層，製造出了他們的超材料半導體。總的來說，超薄層的堆疊高度為8微米（1微米等於3.94 x 10-5英寸），是人髮絲厚度的十分之一。研究人員聲稱，他們已經建立了第一個完全由半導體（微晶片和光電子的主要成分）構建的三維超材料。
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2005年，印第安納州西拉斐特的普渡大學的研究人員使用100奈米乘700奈米的超薄金奈米棒來傳導電子雲，在光譜的近紅外部分建立了一種具有負折射率的超材料。在今年早些時候進行的另一項實現負折射的二維實驗中，加利福尼亞州帕薩迪納的加州理工學院的研究人員亨利·萊澤克、詹妮弗·迪翁和哈里·阿特沃特在氮化矽和金之間夾了一層100奈米厚的銀，並在兩端都開口以允許雷射進入和離開銀。
雖然這些型別的“二維超材料”已經存在幾年了，但普林斯頓大學領導的研究為研究人員提供了“在光學上具有一定厚度的物質，可以實現宏觀效果”的能力，普林斯頓大學電氣工程教授、健康與環境中紅外技術（MIRTHE）中心主任克萊爾·格馬赫爾說，該研究中心是去年由美國國家科學基金會成立的。
格馬赫爾說，進行這項研究的最初原因是出於科學好奇心——對能夠以新方式彎曲光的光學材料的著迷，她曾與霍夫曼一起參與該專案。“自 20 世紀 60 年代以來，這一直是一個理論，但我們正朝著可以複製用於製造的更簡單系統邁進。”
執法部門和軍隊使用的熱成像和夜視裝置利用了光波的中紅外區域，這正是霍夫曼、格馬赫爾和他們的研究人員集中研究的領域。MIRTHE 的總部設在普林斯頓大學，還包括紐約城市學院、約翰·霍普金斯大學、萊斯大學、德克薩斯農工大學（學院站）和馬里蘭大學巴爾的摩縣分校。
多年來，研究人員一直在努力尋找一種有效的方法來開發不會在光線透過時損失部分光線的透鏡——這種效應阻礙了雷射器、醫療診斷成像裝置和感測器系統的效能。現在，一個由普林斯頓大學的研究小組領導的研究人員開發了一種使用奈米尺寸材料的新技術，為新型透鏡奠定了基礎，這些新型透鏡可以消除當今光學技術中固有的誤差和影像失真，並且有一天可能被用於檢測空氣和體內的有毒化學物質。
這項研究的關鍵組成部分是建立了一種由“超材料”製成的固態晶體，該晶體具有負折射的特性，這會導致光線在穿過空氣和水等天然材料時，朝與自然方向相反的方向彎曲。主要研究作者、普林斯頓大學工程專業研究生安東尼·霍夫曼說，具有負折射特性的透鏡將具有平坦的表面，並且不會像具有正折射特性的普通彎曲透鏡那樣存在相同的解析度限制和影像失真。
霍夫曼和他的同事們透過在直徑為5.1釐米（2英寸）的磷化銦襯底上交替放置80奈米厚（1奈米等於3.94 x 10-8英寸）的砷化銦鎵和砷化銦鋁層，製造出了他們的超材料半導體。總的來說，超薄層的堆疊高度為8微米（1微米等於3.94 x 10-5英寸），是人髮絲厚度的十分之一。研究人員聲稱，他們已經建立了第一個完全由半導體（微晶片和光電子的主要成分）構建的三維超材料。
2005年，印第安納州西拉斐特的普渡大學的研究人員使用100奈米乘700奈米的超薄金奈米棒來傳導電子雲，在光譜的近紅外部分建立了一種具有負折射率的超材料。在今年早些時候進行的另一項實現負折射的二維實驗中，加利福尼亞州帕薩迪納的加州理工學院的研究人員亨利·萊澤克、詹妮弗·迪翁和哈里·阿特沃特在氮化矽和金之間夾了一層100奈米厚的銀，並在兩端都開口以允許雷射進入和離開銀。
雖然這些型別的“二維超材料”已經存在幾年了，但普林斯頓大學領導的研究為研究人員提供了“在光學上具有一定厚度的物質，可以實現宏觀效果”的能力，普林斯頓大學電氣工程教授、健康與環境中紅外技術（MIRTHE）中心主任克萊爾·格馬赫爾說，該研究中心是去年由美國國家科學基金會成立的。
格馬赫爾說，進行這項研究的最初原因是出於科學好奇心——對能夠以新方式彎曲光的光學材料的著迷，她曾與霍夫曼一起參與該專案。“自 20 世紀 60 年代以來，這一直是一個理論，但我們正朝著可以複製用於製造的更簡單系統邁進。”
執法部門和軍隊使用的熱成像和夜視裝置利用了光波的中紅外區域，這正是霍夫曼、格馬赫爾和他們的研究人員集中研究的領域。MIRTHE 的總部設在普林斯頓大學，還包括紐約城市學院、約翰·霍普金斯大學、萊斯大學、德克薩斯農工大學（學院站）和馬里蘭大學巴爾的摩縣分校。
普林斯頓團隊（還包括來自俄勒岡州立大學科瓦利斯分校和新澤西州默裡山的電信公司阿爾卡特-朗訊的研究人員）希望改進的透鏡能夠導致感測器系統能夠測量空氣中低濃度的化學物質。“在正常條件下是蒸汽的化學痕量氣體具有特徵性的吸收特徵，”格馬赫爾說。能夠識別化學指紋的感測器可以用於在有害化學物質被故意或無意釋放到空氣中時警告人們。醫療專業人員也可以使用這種感測器來檢查患者的呼吸中是否存在表明肝病或體內炎症的化學物質痕跡。
除了開發新型感測器外，霍夫曼和他的團隊建立的半導體超材料還將改善雷射器中使用的光放大。“擁有具有改進光學效能的新材料，只會增強我們可以使用的工具箱，”格馬赫爾說，但她補充說，如今大多數這種技術仍處於原型階段，“還有很多工作要做。你還不會在商業部署中看到它們。”
普林斯頓團隊（還包括來自俄勒岡州立大學科瓦利斯分校和新澤西州默裡山的電信公司阿爾卡特-朗訊的研究人員）希望改進的透鏡能夠導致感測器系統能夠測量空氣中低濃度的化學物質。“在正常條件下是蒸汽的化學痕量氣體具有特徵性的吸收特徵，”格馬赫爾說。能夠識別化學指紋的感測器可以用於在有害化學物質被故意或無意釋放到空氣中時警告人們。醫療專業人員也可以使用這種感測器來檢查患者的呼吸中是否存在表明肝病或體內炎症的化學物質痕跡。
除了開發新型感測器外，霍夫曼和他的團隊建立的半導體超材料還將改善雷射器中使用的光放大。“擁有具有改進光學效能的新材料，只會增強我們可以使用的工具箱，”格馬赫爾說，但她補充說，如今大多數這種技術仍處於原型階段，“還有很多工作要做。你還不會在商業部署中看到它們。”