几年前,电气工程师伊戈尔·I·斯莫利亚尼诺夫运用时间机器的物理学原理,以非凡的横向思维推导出了电磁波的特性。这位马里兰大学教授当时正在研究等离子体激元学,这已成为材料科学中最热门的领域之一:在等离子体激元学中,光从三维波(光子)转变为二维波(等离子体激元),例如,沿着金属片的侧面传播。如果将一滴液体放在金属片上,等离子体激元就会被捕获——就像黑洞内部的光子一样。事实上,这个洞可能被用来创建一个时间机器的类似物,并引起科幻小说爱好者熟悉的所有矛盾。斯莫利亚尼诺夫推断,如果时间机器不起作用,那么它们的类似物也不应该起作用,由此他对波的行为得出了结论。
他和他的同事现在已经使用液体滴黑洞类似物创建了一种显微镜,它可以观察到比照明光波长更小的细节——物理学教科书过去常说这是不可能的。关键在于等离子体激元比转换它们的光子的波长更短,因此它们对更精细的特征做出反应。斯莫利亚尼诺夫的团队使用了波长约为 500 纳米的激光来产生波长为 70 纳米的等离子体激元。一滴甘油聚焦它们以形成二维图像,然后由普通光学显微镜观察(上图)。
与等离子体激元学一样,相关的超材料科学——创造具有与任何天然原子光学性质都不同的光学性质的人工原子——是一扇通往奇妙世界的大门,这个世界必定是虚构的,但又并非如此。今年春天,伦敦帝国学院的约翰·B·彭德里与杜克大学的大卫·舒里格和大卫·史密斯,以及苏格兰圣安德鲁斯大学的乌尔夫·莱昂哈特独立地预测,超材料外壳可以将光线重定向到物体周围,使其隐形。杜克大学的研究人员在 10 月份演示了一种“隐形斗篷”。
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宾夕法尼亚大学的纳德·恩格赫塔和他的同事们已经提出了一套标准化的等离子体激元组件,类似于电阻器、电容器和电感器,这可以使工程师使用光而不是电来构建电路。在不久的将来,奇妙的等离子体激元世界可能会挂在 RadioShack 的货架上。