一言不合就隐身！“玩弄”光线的光子晶体是怎样的存在？

材料牛注：隐身斗篷最近也不是什么新鲜事了，可是真正便捷实用好用的还真没有，问题就出在这个材料上！近日，密西根理工大学的研究人员就制备出了一种奇特的光子晶体，能够“玩弄”光线于股掌之间，不仅能使光拐弯，还能再加速，从而达到使物体隐身的效果！

现在，采用金属元素制造隐身斗篷的超材料，有一些难题还是无法得到解决。

主要有三点：一是控制各向异性，即必须合理控制斗篷在不同方向对光波的传导存在的差异；二是必须保证斗篷材料能对微波和可见光波起作用，这一点很重要；三是科学家需要尽量降低损耗，因为这会限制隐身物体的尺寸。

电气工程副教授Elena Semouchkina和她的研究生们已经研发出一些新技术，使隐身斗篷更加实用。他们最新的成果发表在Journal of Optics杂志的一期关于变换光学的专刊上，主要介绍了一种很有前景的新方法，能够控制电磁波使物体隐身。他们采用了一种光子晶体来实现这一效果。

隐身的科学

隐身并不是魔术师的小把戏，其真正的科学原理是改变电磁波的传播方向。隐身装置在一定的空间内使电磁波的传播路径发生扭曲，从而隐藏某一物体，然后使电磁波沿着弯曲的轨迹加速移动。根据变换光学的基本原理，可以通过公式计算，预测出能够以特定方式扭曲电磁波的材料的性能在空间上的分布特点。

为了研制出这种材料，Semouchkina和她的团队开始使用介电谐振器制备的超材料，而不是金属超材料。因为介电材料具有极低的电导率和损耗，并且介电谐振器能使电磁波在其中来回反弹，就像作为声波共鸣器的音叉一样，这样就能控制电磁波在隐身装置中的传播了。

目前，Semouchkina研制出来的隐身材料具有周期结构，叫做光子晶体。这种光子晶体是含有介电杆的特定晶体结构。与一般的超材料不同，这些晶体原子的共振并不会以波的形式传播。拥有奇特性能的光子晶体让隐身斗篷的不再遥远！

超光速材料

Semouchkina团队用来制备隐身材料的光子晶体能使传播的电磁波达到超光速的相位速度，简单的说，就是它能使电磁波超光速。

这样的高速就能使电磁波前沿快速地“绕”过物体继续向前传播。就像钻石能将光折射成五颜六色，这种光子晶体也拥有这种特定的折射指数各向异性，也就是说沿着不同晶面传播的电磁波的相位速度也是不一样的。正是由于这种相位速度的相互抵消，才产生了隐身的奇特效果。

Semouchkina表示：“解决各向异性难题的关键的一点是，调整晶体在特定方向上的晶格参数。”

隐身技术的应用极其的广泛，从国防到工业，它能发挥的作用超出你我的想象。虽然隐身斗篷还是那么神秘莫测，但是科学的道理其实很简单，就是控制光线而已。

原文链接：Invisibility cloak with photonic crystals。

文献链接：Superluminal media formed by photonic crystals for transformation optics-based invisibility cloaks。

本文由编辑部刘万春提供素材，williamyen编译，点我加入材料人编辑部。