隱形斗篷可能很快就不再是科幻電影里的東西了。
近日，廈門大學陳煥陽課題組教授在研究中發現，利用一種常見的二維天然材料三氧化鉬(α-MoO3)可取代昂貴且難以生產的超材料制造隱身器件。這意味著，未來制造隱形設備的門檻會大幅降低，許多科幻電影小說中描述的情形有望在現實中出現。該研究成果發表在國際期刊《納米光子學》上。
通常人們所說的“隱身術”在科技領域實際上是一種“低可探測技術”，即利用各種不同的技術手段來改變目標物可探測性信息特征，隱形技術涉及電磁場原理、聲學、光學、紅外工程學等多種學科，屬于典型的跨學科的應用科學技術，而其中隱形材料是隱身技術發展的關鍵。
近年來，超材料因其能突破傳統的光學定律，在理論上實現最佳的隱身效果而倍受科學界廣泛關注。超材料經過人為對其微結構的改造，能夠操縱電磁波，改變波的傳播路線，使波發生彎曲，以達到繞射傳播的目的，實現傳統材料無法實現的隱身效果。不過，為了實現隱形效果，通常需要簡化電磁參數以避免無限大或負數的情況，且還需要用復雜結構等效出梯度折射率材料，這些過程需要昂貴的光刻技術和繁瑣的制造方法，并且最終的實際效果也會因存在較大散射和偏差而大打折扣。
針對這些問題，陳煥陽教授團隊在變換光學基礎上，大膽設想，通過尋找設計一種二維天然材料的折射率分布實現超材料操縱光行為的效果。研究人員使用了一種當前熱門的自然雙曲材料α-MoO3，發現當把α-MoO3薄片卷在圓柱形光纖上時，在中紅外電磁照明下的物體從視覺上消失了。
研究人員解釋，達到結構的法布里-珀羅共振的光能夠以極小的散射通過α-MoO3隱身聚光器傳播，并且能量在中心處得到加強，達到隱藏電磁照明下的物體的目的，即隱身。陳煥陽解釋，“三氧化鉬把光沿著一定方向擠壓進內核，相當于把光抓進了物體內，如果折射率和阻抗匹配，就感覺內核不存在，產生了隱身的效果。”此外，利用α-MoO3代替超材料制造的新興隱形器件在特定光源位置還表現出錯覺效應，使得我們無法通過外場判斷光源的真實位置。
“這是二維材料首次被用于變換換光學器件的設計，通常我們需要超材料，但這次要簡單得多。”陳煥陽介紹，人們通常認為，實現完美的隱身效果很大程度上要依賴人造材料，這次實驗的成果為天然二維材料替代超材料制造隱形器件提供了新的可能，而且相比超材料，這種材料更具有價格和加工上的優勢。
當前，隱形材料應用市場主要集中在軍事領域，而在民用領域尚未實現商業化應用。這主要是因為不同軍事領域隱形材料主要針對偵查儀器隱形，而隱形材料在民用領域的研究方向主要針對肉眼隱形，研制針對視覺隱形的材料技術難點相對較高。
研究人員表示，實驗表明2d天然雙曲材料具有的奇特性能夠彌補超材料的各種局限，使隱形器件的制造過程更簡便、更便宜，有望將隱形技術推向民用市場。
據了解，這項研究在初步實驗中取得令人滿意的結果，不過仍然處于驗證階段。這些課題目前都是偏應用基礎性的研究，在產業和商業化應用上還有相當長的一段路要走，但毋庸置疑，新材料和新特性的發現一定會帶來一些新的應用。(符曉波)
