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追逐“驾驭光”的人类梦想 中国科学家团队勇当全球“超表面”研

来源:未知 编辑:admin 时间:2019-06-07

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  对镜自照,镜中不见人影?薄壁稍经处理,即可变成全透明?仿佛科幻小说才会出现的情况,其初步理论已经被超表面研究领域的科学家们初探。课题组负责人、复旦大学周磊教授难以抑制对新发现的喜悦:他们的成果获得了今年的上海科技奖的自然科学一等奖。

  自由驾驭光(电磁波)是人类的梦想,然而自然材料对电磁波调控能力有限。能否人工构造全新的二维表面结构,从而达到控制电磁波的目的?这个大胆创想,2005年起在周磊脑海中初现。

  围绕“超表面对电磁波的高效调控”这一关键科学问题,周磊和他的团队结合理论实验取得了一些在国内外有重要影响的成果。

  用周磊的话来说,团队在这一领域“完成了三件事”。首先是波前调控。照镜子的原理大家都知道,可见光在镜面反射,可是有没有想过,有一天当你面对“镜子”,里面没有你?科学家们在探索波前调控的过程中,已经实现在微波波段的全空间无反射,把这一电磁波“绑”在“镜子”表面。如果按照这一理论进一步发展,未来“隐身”或许不是梦;更值得一提的是,这一理论技术或许将对光芯片的研发具有重要意义。

  第二件事是利用超表面进行电磁波偏振调控。波有个重要特征:偏振。而超表面研究,已在实验室实现高效的偏振的任意转换,性质转换间,能量零耗损,这虽然对日常生活没啥关系,可已成为其他多个学科研究创新工具、思路的基础。第三件事则是对超表面控制电磁波传输的探索。周磊打比方,将两个超表面,分别附着在一个不透光平面两侧,在散射相消原理下,这三层结构已经能成为全透明。这在太阳能电池领域的能量转换中,将可能起到重要作用。

  颇具戏剧性的是,2011年,当复旦课题组完成超表面理论和实践初步探索准备论文投稿时,发现哈佛大学的研究团队刚刚发表了超表面领域的重要论文。曾有人问周磊,这一步之差,是否感到遗憾?他并不讳言,当时确实有点懵,“那时候课题组里的年轻人挺沮丧的,像泄了气的皮球一样,不过很快调整过来,在我们自己的路径上走得更好。”周磊说,研究思路上的不约而同,没有妨碍中国科学家团队成为全球超表面研究前沿的探路者之一。

  2012年,团队的代表性成果之一《梯度超表面:一个链接传播波和表面波的桥梁》发表在《NatureMaterials(自然材料)》上,是梯度超表面领域最早的论文之一。代表性论文发表4年间被引用近400次,许多国际同行沿着他们的方向继续前进。有意思的是,论文发表后的一次国际学术会议上,周磊教授遇到了美国课题组专家,对他说:“我们也发了超表面方面的研究,你看到了吗?想到一块去了!”两人相视而笑。

  “在探索中,冒出一个点子是最激动最兴奋的,而将其完善为理论,过程艰辛但也充满乐趣,”周磊说,“做科学的人,本来就是要摘取最顶端的果实,不经历风雨,怎么见彩虹呢?”

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