科學家創造第一個自立式 3D 掩蔽

Scientists create first free-standing 3-D cloak
http://www.physorg.com/news/2012-01-scientists-free-standing-d-cloak.html

January 26, 2012

美國的研究者首度將立於自由空間的三維物體遮蔽，使得受到熱烈討論的「隱形斗篷」離現實更進一步了。

先前的研究不是純理論就是受限於二維物體的隱匿，但這項研究證明，一般物體如何能在其所處的自然環境中的各個方向上，以及從所有觀察者的位置上被隱藏。

發表在今日（1/26）的 New Journal of Physics 上，研究者利用一種稱為「電漿子掩蔽（plasmonic cloaking）」的方法，使一個 18 公分的圓柱管從微波前消失。

某些在隱形斗篷領域中的最新突破聚焦在變換型超材料（transformation-based metamaterials，超材料是一種非均質的、人為的材料，有能力使光線繞著物體曲折）的使用上，然而，這種新方法則是使用一種不同的人造材料：電漿子超材料（plasmonic metamaterials）。

當光擊中一物體時，它會朝另一個方向自其表面反彈離開，好比朝一面牆扔一顆網球。我們能看見物體的理由是因為光線從材料朝我們的眼睛彈過來，然後我們的眼睛能處理這種資訊。

由於它們獨特的特性，電漿子超材料對一般材料來說具逆向散射效應（opposite scattering effect）。

"當來自掩蔽與物體的散射場（scattered fields）產生干擾，它們會相互抵銷，而總體效應就是在任何觀察角度上都是透明與隱形。"

"電漿子掩蔽技術的優勢之一是其強健性與寬度適中的作用頻寬，優於傳統變換型超材料的掩蔽。這使得我們的實驗對於可能的瑕疵更強健，那對於隱藏自由空間中的 3D 物體格外重要，" 研究共同作者 Andrea Alu 教授表示。

在此例中，圓柱管被一層電漿子超材料的表層（shell）所遮蔽，使其看似隱形。該系統的測試是將微波指向被遮蔽的圓柱體並測繪物體周遭以及遠場（far-field）內的散射結果。當微波頻率在 3.1 GHz 以及在寬度適當的頻寬內，這種掩蔽的功效最優。

這些研究者（來自德州大學 Austin 分校）已在先前研究中證明，物體的形狀不會影響到掩蔽；畸形與對稱的物體都能利用這種技術匿蹤。

向前移動，研究者的關鍵挑戰之一將會是「使用可見光來掩蔽 3D 物體」的證明。

"原則上，這種技術能用來遮蔽光線；事實上，某些電漿子超材料天生就能用於可見光頻率中。然而，能以這種方法有效掩蔽的物體大小會隨作用波長而縮放，所以，當應用到可見光頻率時，我們也許能有效阻止微米大小物體的散射。"

"儘管如此，掩蔽小型物體對各式應用來說也許仍令人振奮。例如，我們目前正在研究這些概念的應用，在可見光頻率下隱匿微小的尖端。這對於生醫與光學近場測量來說相當有用，" Alu 教授下結論表示。

※ 可見光頻率大約在 300 THz - 800 THz 之間。相關報導：

＊ Experimental verification of three-dimensional plasmonic cloaking in free-space
http://iopscience.iop.org/1367-2630/14/1/013054

D Rainwater, A Kerkhoff, K Melin, J C Soric, G Moreno and
A Alu
New J. Phys. 14 013054, 2012
doi: 10.1088/1367-2630/14/1/013054

＊ 可調式石墨烯裝置：首個使兆赫(THz)光線變有用的工具
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＊ 隱形遮蔽物或能對抗地震
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＊ 能重新配置成像特性的「奈米線透鏡」
＊ 以多重透鏡顯示器呈現3D 深度（含影片）