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光子掺杂让超材料更容易制造 一个超材料的组成部分所需要的精度，也被称为包裹体，已经是其发展和应用的一个具有挑战性的一步。 现在，宾夕法尼亚大学的工程师有办法制作一个单一的制作材料，提供了一种简便的制造工艺，且包含所有的有用的功能。  类似于电子的“兴 奋 剂”，即其中加入少量的原子杂质，一个“纯粹”的材料赋予其电子性质的计算和传感装置的必要特性，这种“光子掺杂”将允利用光与物质的相互作用的方法许进行雕刻和剪裁，这将对于光学技术的未来产生影响，如灵活的光子学领域。 该研究发表在《科学》杂志上，由电气和系统工程教授Nader Engheta、H. Nedwill Ramsey领衔，连同他的团队成员，Iñigo Liberal， Ahmed M. Mahmoud，Yue Li 和 Brian Edwards。 “就像电子掺杂，当在一种纯的物质结构中增加一个外来原子，该纯物质宿主的电子和光学性质将会发生显著的改变，”Engheta说，“'光子掺杂’意味着增加一个专门的光子物质到专门的光子宿主结构中，这样可以作为显著改变光散射的原始结构的一个重要途径”。 这种现象与特定的类具有介电常数的材料相结合，这一参数与材料的电响应相互作用，在数学上表示为希腊字母ε，其值几乎是零。 这些参数的关键质量近为零或称为近零材料，这种材料的波的磁场是均匀的分布在二维近零材料平面上的，而不论其截面形状。这种近零材料或者是自然形成或可以通过传统的超材料制作方法进行制作。 不是工程师设计复杂的周期性结构显著地改变这种材料的光学和磁学性质，Engheta和他的团队设计了一个包含在一个二维近零材料结构来完成同样的任务方式：改变光的波长，将反射或通过，或改变材料结构的磁响应 “如果我想改变一种物质与光相互作用的方式，我需要改变这一切，”Engheta说，“不在这里。如果我把一个单一的介质棒放在近零材料附近地方，整个结构将在外部波长看来是不同的了。” 电介质棒是由可极化的绝缘材料制成的圆筒状结构。当插入一个二维近零宿主材料，它可以影响在这个宿主材料，从而能显著改变近零宿主材料的光学性质。 因为在二维近零材料和主波的磁场是空间分布均匀的，绝缘杆可放置在物料内的任何地方。入射波在宿主材料中将具有显着不同的光学特性。因为杆不需要被放置在一个精确的定位，建设这样的光电掺杂结构可以相对容易地实现。 应用这些材料的概念，通过“光子掺杂”已经在电信信息处理系统及应用产生影响。 “当我们研究这种光波，这种光子掺杂的技术可以为我们确定装置内从A到B新的路径，”Engheta说。“在介质杆中因其相对小的变化，我们可以使光波走这条路或不走这条路，我们只需要在杆上做出改变，这是主体材料的一小部分，可以帮助改变设备的速度，因为对于任意形状和材料宿主同时保持其横截面积不一样，这个属性对于灵活的光子学是非常有用的。” 进一步的研究表明，在光子掺杂到近零材料方面更复杂的应用，如增加不同直径的材料杆。 “杆的介电特性可以对热、光或电产生变化，”Engheta说。“这意味着我们可以使用宿主近零材料作为传感器的读数，因为它会由于杆的变化而发射或反射光。添加更多的杆将允许材料的响应具有更精细的调整。 原文链接：https://phys.org/news/2017-03-photonic-doping-class-metamaterials-easier.html 关键词： 光子
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