電磁黑洞捕捉電磁波，引導(dǎo)電磁波螺旋式地行進(jìn)，直至被吸收。
近日，在國家自然科學(xué)基金和“973”項(xiàng)目的資助下，東南大學(xué)教授崔鐵軍課題組在“電磁黑洞”的研究上又取得了重要進(jìn)展。他們首次使用構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)裝置模擬了微波頻段的“電磁黑洞”，并在微波頻段實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了普渡大學(xué)科學(xué)家提出的“光學(xué)黑洞”理論方案。
所謂黑洞，很容易讓人望文生義地想象成一個(gè)“大黑窟窿”，其實(shí)不然，黑洞一般被認(rèn)為是引力場達(dá)到臨界狀態(tài)的某個(gè)區(qū)域，可吸收碰到甚至靠近它的一切物體，它的引力場是如此之強(qiáng)，就連光也不能逃脫出來。作為本世紀(jì)最具有挑戰(zhàn)性、也最讓人激動(dòng)的天文學(xué)說之一，許多科學(xué)家正在為揭開黑洞的神秘面紗而辛勤工作著，新的理論也不斷地提出。
事實(shí)上，這種基于引力場的黑洞很難在實(shí)驗(yàn)室里用實(shí)驗(yàn)來模擬和驗(yàn)證，但人們可以通過類比方法來研究它的部分性質(zhì)。電磁黑洞就是其中之一。據(jù)悉，崔鐵軍小組所構(gòu)建的這個(gè)人造電磁黑洞由諧振和非諧振型的新型人工電磁材料構(gòu)成，通過應(yīng)用電磁波在非均勻介質(zhì)中的傳播軌跡來類比物質(zhì)在引力場下彎曲空間中的運(yùn)動(dòng)軌跡，并以此模擬黑洞的部分特性。他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電磁黑洞能夠全向捕捉電磁波，引導(dǎo)電磁波螺旋式地行進(jìn)，直至被黑洞吸收。在微波頻段，黑洞對(duì)電磁波的吸收率可達(dá)到99%以上。
上述研究成果于物理在線預(yù)印網(wǎng)站arXiv.org公布后，立即受到了國際主流科技媒體的極大關(guān)注。英國的《自然》、《新科學(xué)家》，美國的《發(fā)現(xiàn)》、《科學(xué)美國人》、《MIT技術(shù)評(píng)論》、《物理科學(xué)》等刊物都對(duì)這項(xiàng)工作作了詳細(xì)報(bào)道，并邀請(qǐng)專家展開評(píng)論。新型人工電磁材料學(xué)科的創(chuàng)始人之一、倫敦帝國學(xué)院的Pendry博士在《科學(xué)美國人》的評(píng)論中認(rèn)為，“這一新研究構(gòu)建了吸收電磁波的全新方法，同時(shí)又可以控制電磁波的吸收輻射”。由于對(duì)電磁波的高效吸收性，電磁黑洞可望在電磁隱身等方面獲得重要應(yīng)用。
崔鐵軍在實(shí)驗(yàn)中所用到的新型人工電磁材料(Metamaterial，或稱超材料)，是指將具有特定幾何形狀的亞波長宏觀基本單元周期性或非周期性地排列所構(gòu)成的人工材料。它與傳統(tǒng)材料的區(qū)別在于用宏觀尺寸單元代替了原來微觀尺寸的原子或分子。因此，新型人工電磁材料的特性取決于其基本單元結(jié)構(gòu)。人們可以通過人為地設(shè)計(jì)單元結(jié)構(gòu)來控制材料屬性，構(gòu)成自然界不存在的特殊結(jié)構(gòu)材料，進(jìn)而控制電磁波的傳播。
崔鐵軍研究組關(guān)于新型人工電磁材料的研究一直受到國家自然科學(xué)基金的持續(xù)資助。在今年年初，崔鐵軍小組就與杜克大學(xué)史密斯教授研究小組合作，在“隱身大衣”研究上邁出了新的一步，他們利用新型人工電磁材料研制出具有頻帶寬、損耗小的微波頻段地面目標(biāo)的隱身衣。這一研究成果發(fā)表在美國《科學(xué)》雜志上，崔鐵軍和史密斯是這篇論文的共同通信作者。他們研制的隱身大衣實(shí)際上更像一條“隱身地毯”，將它蓋在某個(gè)目標(biāo)上，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)這個(gè)目標(biāo)的寬帶隱身。上述論文發(fā)表后，同樣引起了國際重要科技媒體的廣泛關(guān)注。
|
