關(guān)于讓物體實(shí)現(xiàn)完美隱形的論文
魔幻片《哈利-波特》劇照。現(xiàn)在，美國杜克大學(xué)的研究人員研制出迄今為止性能最高的隱形斗篷
杜克大學(xué)的研究員內(nèi)森-蘭迪展示新研制的隱形裝置，首次讓物體實(shí)現(xiàn)完美隱形
采用超材料的隱形斗篷，能夠讓微波束發(fā)生彎曲，繞過物體，進(jìn)而達(dá)到隱形效果
北京世界11月13日消息，據(jù)國外媒體報道，無論是科學(xué)家還是哈利-波特迷都希望擁有一件和小哈利一樣的隱形斗篷。現(xiàn)在，我們距離這一夢想更近一步。美國杜克大學(xué)的一支研究小組揭開了一款新型現(xiàn)實(shí)版隱形斗篷的神秘面紗，聲稱這是當(dāng)前最棒的隱形斗篷。2006年，這支研究小組研制出隱形斗篷原型。
新型隱形斗篷允許杜克大學(xué)的研究人員第一次實(shí)現(xiàn)物體的完美遁形。實(shí)驗(yàn)中，他們讓一個幾厘米的圓柱體在微波環(huán)境下隱形。目前，全世界有多個研究團(tuán)隊(duì)正在研發(fā)隱形斗篷，希望讓這項(xiàng)因小魔法師哈利而越發(fā)受人追捧的技術(shù)早日成為現(xiàn)實(shí)。不過，研發(fā)隱形斗篷面臨很多挑戰(zhàn)，當(dāng)前還很難做到完全不反射光線。
杜克大學(xué)的研究人員在《自然-材料》雜志發(fā)表的'一篇研究論文描述了如用利用一個菱形斗篷實(shí)現(xiàn)完美隱形。不過，這項(xiàng)技術(shù)距離哈利使用的隱形斗篷仍有一段距離，只能在一個方向?qū)崿F(xiàn)隱形。研究小組指出他們很難做到在可見光環(huán)境下隱形。2006年，杜克大學(xué)的研究人員報告稱研制出世界上第一個功能性隱形斗篷，但并不完美。現(xiàn)在，杜克實(shí)驗(yàn)室的一名科學(xué)家提出了一種新設(shè)計(jì)，能夠解決原型面臨的一個重大問題。
杜克大學(xué)在研發(fā)超材料方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)。所謂的超材料就是指具備天然材料特性的人造材料。采用超材料的結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上可以引導(dǎo)電磁波繞過物體，只讓它們在物體的另一側(cè)出現(xiàn)，就好像穿過一個空無的空間，達(dá)到讓物體隱形的效果。
參與隱形斗篷研制項(xiàng)目的研究生內(nèi)森-蘭迪表示：“為了研制隱形斗篷，我們必須采用很多近似值，以便將錯綜復(fù)雜的超材料用于這種裝置。我們注意到由于裝置邊界反射導(dǎo)致的波流失現(xiàn)象。這就像透明玻璃的反射一樣。觀察者能夠看透玻璃，但同時也能注意到玻璃的存在，原因就在于玻璃表面反射光線。我們的目標(biāo)是驗(yàn)證隱形斗篷的基本原理，因此并不在意這些這種反射。”
借助于一種不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。蘭迪抑制了反射現(xiàn)象的發(fā)生。最初的隱形斗篷由相互交叉的平衡玻璃纖維帶構(gòu)成，玻璃纖維經(jīng)過銅蝕刻。蘭迪的斗篷采用類似的設(shè)計(jì)，但增加了銅帶以形成更復(fù)雜，性能更卓越的材料。這種裝置采用的銅帶大約兩英尺(約合60厘米)見方，形成菱形，中間為空區(qū)。光線等任何類型的波都能被表面反射或者吸收，或者兩種現(xiàn)象同時發(fā)生。
在早期的隱形斗篷實(shí)驗(yàn)中，微波中少數(shù)能量被吸引，但還不足以影響整體隱形性能。杜克大學(xué)研制的隱形斗篷被分為4個象限。蘭迪指出早期隱形斗篷的反射往往發(fā)生在超材料邊緣和內(nèi)部及周邊角落。他說：“斗篷的每一個象限往往在交叉點(diǎn)和角落出現(xiàn)空區(qū)或者盲點(diǎn)。經(jīng)過大量計(jì)算，我們認(rèn)為我們可以通過移動每一條帶，與每一個界面的鏡像相融合的方式來修正這種現(xiàn)象。采用這種設(shè)計(jì)研制的隱形斗篷達(dá)到很好的隱形效果。這種斗篷將光線分割成兩種波，在中央繞過物體，而后再次結(jié)合。每一種因反射出現(xiàn)的流失降至最低。”
蘭迪指出這種設(shè)計(jì)不僅可以用于隱形斗篷，同時還有其他很多應(yīng)用。例如，超材料能夠消除光纖的扭曲和旋轉(zhuǎn)，提高光纖的直度。這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)槊恳淮螐澢紩魅豕饫w內(nèi)的波。目前，研究人員正在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，了解如何將這種原理用于研制三維裝置，與研制兩維裝置相比，三維裝置面臨更大挑戰(zhàn)。
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