科學家研發第一個三維超材料 前景無限

據科學日報報道，當涉及轉移和控制波，尤其是聲波和光波時，超材料具有非凡的特性：例如它們可以讓物體隱形，或者增加鏡頭的分辨能 力。法國國家科學研究中心（CNRS）和法國波爾多國立高等化學物理學院(CNRS/波爾多大學/國立波爾多綜合技術學院/法國國立工程技術大學校)的研 究人員通過結合物理化學組成和微流體技術，研發了第一個三維超材料。這是更容易塑性的新一代柔軟超材料。在他們的實驗里，研究人員實現了超聲波振蕩向后移 動，而聲波攜帶的能量向前移動。這項研究開啟了新的前景，尤其對于高分辨率成像而言。這項研究被發表在12月15日的期刊《自然材料》上。

第一個三維超材料

自 21世紀初以來，國際科學界對超材料以及它們無與倫比的特性的興趣呈指數上升。超材料是一種其中聲波或者光波的相位速度可以為負（也即材料具有負折射率） 的媒介。在這樣的媒介里，波（連續振蕩）的相位和波攜帶的能量的移動方向是相反的。這一特性并未被發現出現在任何天然的均勻介質里。

為了獲得超材料，獲得包含大量內含物（也就是微共振器）的均勻介質是必須的。常規方法是利用微機械方法（蝕刻、沉積等）以機械加工一維或者二維具有超材料特性的載體。然而，這一方法無法應用于超聲波所需要的微米級別的柔軟物質，且目前獲得的超材料只限于一維或者二維。

在最新這項研究里，研究人員發明了一種流體相的新超材料，它形成于嵌入基于水的凝膠的多孔硅微粒。這種超常流體是第一個能夠以超聲波頻率工作的三維超材料。此外，由于它的流體特性，它還可以利用物理化學過程和微流體技術實現，這比微機械方法要更容易實施。

多 孔介質的特性之一便是，與水相比（速度為每秒1500米），聲波以非常慢的速度穿過它們（每秒十多米）。由于這種鮮明的對比，只要液滴濃度充足，整個懸浮 都具有超材料的特性。當研究人員研究超聲波穿過這種介質的傳播時，他們直接測量到負的折射率。在這樣的超常流體里，波攜帶的能量從發射端傳遞給接收端，這 與預計的并無出入，然而振蕩似乎是以相反的方向向后移動，就像舞者跳著月球漫步的舞步一樣。