日本 研發出隱身衣

光線照射到“斗篷”時，改變方向。這樣，在我們看來，這個地方原本就沒有東西——放置在這裡的物品隱身了。



最近，美國加利福尼亞大學伯克利分校的研究者們，成功讓置於“隱身斗篷”中的物品“消失”。



張翔(Xiang
Zhang)是美國加州大學伯克利分校材料科學部首席科學家和該校奈米科學和工程研究中心主任。他帶領的研究團隊用硅奈米材料製造了一種“斗篷”，普通的光學檢測，將無法發現放置在斗篷下的物品——儘管我們依然能看到這個“斗篷”，但“斗篷”下的物品，已經“消失”得無影無蹤了。當照射到一個平面的光線被
“改變方向”，折射出去，就意味著這個物品在我們的視覺中隱身了。



“我們通過使用新的奈米材料，找到了製造隱身衣的新思路”，張翔表示。“我們的‘斗篷’在光學檢測下的表現，不僅表明隱身衣是可以實現的，而且也是光學視覺轉換的重要一步，它打開了一扇新的研究之門，讓我們能夠操縱光線，製造出功能更加強大的顯微鏡和運算速度更快的電腦。”



張翔團隊的隱身裝置，包括複合材料-複合金屬材料、電介質，它非凡的
“隱身”本領，更多是來自於獨特的結構，而不是物質組成。張翔等人發明瞭兩種新的奈米級材料：用銀和鎂的氟化物交替分成構成一種漁網狀的新材料和從多孔氧化鋁中生成的奈米銀線。這兩種材料都可以改變光線的方向，這是自然存在物所不可能具備的特性。



儘管之前複合金屬材料已經成功讓“斗篷”從微波頻率中隱身，但迄今為止，研究者還沒有完成隱身衣的關鍵步驟——實現光學意義上的隱形。因為金屬材料吸收了太多的光線。



張翔和他的團隊研製的新隱身“斗篷”完全由絕緣材料製造，在光學頻率中，它們往往是透明的。斗篷由矩形的硅片製成。厚250奈米。這可以作為一個光波導，光線僅限于在這個垂直高度中，向前後兩個方向自由傳播。在奈米硅材料上，研究人員精心設計了一些孔：每個孔直徑為110奈米，這就使得斗篷周圍的光波發生完全彎曲，就好象喝水流過岩石一樣。在《自然-材料學》上發表的實驗報告中，這個隱身斗篷覆蓋的區域為3.8微米左右。它表明，當光線的方向發生改變，物品的隱身是可以實現的。



現在，隱身斗篷可以在波長1400～1800奈米之間操作，這幾乎是近紅外部分的電磁頻譜，略長于光線，人類的肉眼可見。張翔表示，由於介質組成和設計，隱身斗篷比以前容易製造，且具有(覆蓋區域)向上的拓展性。他還樂觀地斷言，研究者可以製造出新的材料，以更精確地製造這種隱身裝置——換句話說，是實現真正意義上的視覺隱身。



“在這個實驗中，我們已經證明了光線折射導致隱身的原理在二維物體中是適用的，”張翔表示，“我們的下一個目標，是製造在三維空間中適用的‘斗篷’，並使這種裝置能儘快投入實際運用。”



這項研究的經費，由美國陸軍研究辦公室和美國能源部科學辦公室資助。



張翔及其研究小組的這份研究報告，將發表在最近的《自然-材料學》雜誌上。(來源：環球科學 編譯Lisa)

 

隱形衣 從理論走向現實



目前「反隱形衣」理論，探討部分消除隱形衣偽裝效果的方法，可能達到一個完美隱形衣的要求，讓隱形者可以看到外面的世界。

　

說到隱身術，許多人可能覺得只有在神話或者科幻小說裡面才有。不過，如今有一批科學家正在試圖把幻想變成現實。這就是幾年來進展迅速的研究領域：隱身斗篷（Cloak of invisibility）。 一個物體之所以能夠被看得見，是因為所有的物體都會反射光線，被我們的眼睛和大腦接收後就看到了。那麼要實現隱身，就需要在光線上做文章，目前有關隱身斗篷的研究也都是這方面的。 日本人研發「光學偽裝衣」 理想的隱形衣，應當具有類似電影中哈利．波特的斗篷那樣的功能，無論是理論上還是技術上，這都是十分困難的。而日本科學家早在2003年前，已經運用先進的電子技術，繞開隱形技術難題，開發出「半透明」的斗篷。 這種隱形衣被稱為「光學偽裝」衣。它是由「後反射物質」製造的。衣服外覆蓋一層反光小珠，還裝有數個小型攝像機。

當人穿上衣服後，衣服的前面會顯示攝像機拍下的背景影像，衣服後面則顯示前景影像。這樣一來就使著裝者與環境混為一體，從而達到「半隱形」效果。穿著這樣的衣服走在街上，就如同幻影鬼魅一般。



隱形衣理論的提出



那麼真正的隱形理論應當是什麼樣呢？「隱形衣」是讓光波像水流遇到障礙物一樣繞過物體繼續向前，這樣就不會影響遠處後面的物體。於是對觀察者來說，物體就成了全透明的，也就「隱形」了。



2006年5月，美國杜克大學和英國倫敦帝國學院科學家提出了「隱形衣」的數學模型，並將其成果發表在《科學》雜誌網路版上。



在此之後僅僅5個月，杜克大學的科學家們就成功進行了第一次「隱形衣」試驗。電氣工程與計算機系助理教授戴維．史密斯（David R.
Smith）領導的1個專家小組，用一個圓形的遮蔽裝置，成功地使微波繞過了銅盤，也就是說，這個銅盤在微波中就像隱形一樣。
但是這僅僅是開始，當時科學們表示，物體只能在很窄的波長區域（微波）內「隱身」。在可見光區實現「隱身」，才是研究人員追求的目標。



哈利．波特看不到外面

「隱形衣」的作用是讓別人看不到自己。但是根據目前的理論，通過改變光波流向實現隱形有一個很大的缺陷，就是隱形者自身也無法看到「隱形衣」以外的世界，因此成了地道的盲人。



羅徹斯特大學（University of Rochester）的數學教授艾倫．格林里夫（Allan
Greenleaf）與他的合作者推出新的數學理論，預測隱形衣中發生的一些奇怪的事：如一個人試圖從隱形衣中向外看，可能會看到各個方位都像一面鏡子。想像一下哈利．波特的隱形衣以這種方式工作，當哈利打開手電筒向外看時，不管他朝向哪裏，光線都會反射回到他身上。



在可見光區隱形



2009年3月，美國加州大學伯克萊分校教授張翔及其同事，已研發出2種光彎曲材料，可使人類肉眼無法看到三維空間的物體。他們研究的材料被稱為「超材料（metamaterials）」。



隱形衣 從理論走向現實




● 日本研究人員開發的「半透明」的斗篷。



張翔及其同事研發的這種網狀的新型超材料，以某種普通材料達不到的方式使可見光彎曲，其物理結構實際上形成一種隱形衣，引導著光線環繞著周圍物體，使其既不能反射也沒有影子產生。



這種材料首次在三維空間中顯示出所謂的「負折射率」。大自然中發現的所有物質都有正折射率，它是一種衡量電磁波從一個媒介至另一個的彎曲指數，但在這些超材料中，光通過被以「錯誤」的方式彎曲，這使它至少在理論上類似一個隱形衣。



這種隱形衣是自然界沒有的所謂「超材料」的人造合成材料，它可能藏起1個人，或引導光線環繞一個醜陋的大樓，阻止觀看。不同於著名的哈利波特小說中的隱形衣，這裏描述的材料是由金屬製成並且易碎。而且，這些材料的大規模生產也將是一個挑戰。



新材料使網際網路加速10倍

這種新型的光彎曲材料可以提高網際網路速度至少10倍，奇怪的是，它是通過稍微減慢光入射的速度來達到此目的。



美國科學家最近發明的這2個「超材料」展示了這種能使網速增加的可能性。加州大學研究人員表示：「一般來說，超材料可被設計為許多其他有趣的應用，譬如在光通信中減緩光射線。」



因此，這些材料可以更直接的應用在光纖網路上，通過截住光線，使工程師發送信息比傳統的電子產品更有效、更迅速。這些材料也可標誌著量子計算領域的進展，根據物質在原子水平的奇異量子特性，可以數百萬倍地提高電腦功率，超越了今天的任何材料。





讓哈利．波特復明

就在美國科學家發表關於在可見光區隱身的研究後不久，中國上海交通大學教授陳環陽（Huanyang Chen，音譯）和香港科技大學教授陳哲廷（Che Ting
Chan，音譯）領導的團隊合作，提出了「反隱形衣」理論。



這種理論探討了部分消除隱形衣偽裝效果的方法。當隱形衣使環繞物體周圍的光線彎曲時，如果碰到反隱形衣的任何部位，都會導致一些光線被折回，使物質成為可見。



更重要的是，這一理論有可能讓隱形者看到外面的世界。前面已經提到，由於沒有光能夠穿透一個完美的隱形衣，也就沒有方式讓隱形人看到外面。換言之，隱形人也是盲目的。而現在有可能在隱形衣上打開一個窗口。陳博士說：「使用反隱形衣技術，哈利波特如果願意的話，可以看到外面了」。——篇幅有限略有刪節，轉載自《新紀元周刊》第132期◇