超材料研究挑战了光子学的基本极限

康奈尔大学的研究人员提出了一种实时调节超材料吸收和折射率的新方法，他们的发现为在时间和空间上控制波的传播和散射提供了有趣的新机会，并将其应用于物理和工程的各个领域。

这项研究发表在《Optica》杂志上（“Spectral causality and the scattering of waves”）由博士生 Zeki Hayran 和 Aobo Chen，MS '19 以及他们的顾问，电气和电子学院助理教授 Francesco Monticone 共同撰写。

理论工作旨在扩展超材料吸收或折射电磁波的能力。以前的研究仅限于改变吸收或折射，但 Monticone 研究小组现在表明，如果实时调节这两种质量，可以大大提高超材料的有效性。

这些时间调制的超材料，有时被称为“计时超材料”，可能会带来未开发的机会，并推动电磁学和光子学的技术进步。

Monticone 说，如果你及时调制这两种特性，你就能比在静态结构中更有效地吸收电磁波，或者在你调制这两个度数之一的结构中个人自由。我们将这两个方面结合在一起，创建了一个更有效的系统。

这些发现可能会导致开发出新的超材料，其波吸收和散射特性远远优于目前可用的材料。例如，宽带吸收器必须比某个值厚才能有效，但材料厚度会限制设计的应用。

为了减少这种吸收器的厚度并增加其带宽，你必须克服传统材料的局限性，海兰说，绕过这些限制的一种方法是对结构进行时间调制。

Monticone 小组的目标是开辟新的研究领域，以产生越来越有效的实际应用。

我们正在努力做的不是对技术进行渐进式改变，Monticone 说，我们想要颠覆性的改变。这才是我们真正的动力。那么我们如何才能对技术进行显着改进，而不仅仅是渐进式改进呢？要做到这一点，很多时候，你必须回到基本面。

新研究通过使用另一个自由度（即时间调制）来突破电磁波吸收的极限，这在该领域通常不会进行，但现在受到越来越多的研究关注。

有了新的理论基础，通过实验实施这种时间调制是进一步研究的挑战。物理实验首先需要设计一种机制来控制材料的吸收和折射质量随时间的调制，这可能包括激光束或微波组件。

这些想法对多种应用有直接影响，例如宽带雷达吸收和时间隐形和隐形。应用还可以扩展到波物理学的其他领域，例如声学和弹性动力学。

我们的发现以及该领域其他研究人员的令人兴奋的结果，突出了时变超材料为经典和量子电磁学和光子学提供的许多机会，Monticone 说。

原文链接：https://phys.org/news/2021-08-metamaterials-fundamental-limits-photonics.html