特殊光束能穿過不透明材料,彷彿材料被隱形

作者 | 發布日期 2021 年 04 月 14 日 19:24 | 分類 尖端科技 , 材料 Telegram share ! follow us in feedly


為什麼有些物質高透光(比如水)、但有些不透光(比如糖)?後者起因於光在進入材料後以非常複雜的方式被散射、改變和偏轉。然而現在科學家發現一種非常特殊的光波,居然能穿透過往我們認為不透光的物體,比如方糖,彷彿該材料不存在一樣。

在光學領域,透明度是指材料物理性質允許光穿透該材料而不被散射的程度,由於材料的分子性質與結構都不相同,因此能吸收的光波長也不一樣,比如分布在大氣臭氧層中的臭氧分子能吸收短波紫外線,木材則因為有吸光物質木質素所以呈現不透明的棕色。

就像水面上的漣漪可以呈現各種形狀,光波也具有無數種形狀,而粉末、沙子、雲、糖等這些無序介質,它們內部原子不像晶體那樣規律排列,而是散漫隨便地排一排,當光進入這些材料後,會以相當複雜的方式被散射與偏轉。

但從理論上講,如果能夠弄清楚這些材料的內部散射模式,則我們可以操縱光波使它們通過材料而不會發生散射。現在,來自荷蘭烏特勒支大學與奧地利維也納工業大學的科學家們做到這件事了。

研究人員取來氧化鋅(zinc oxide)進行實驗——一種內部原子完全隨機排列的不透明白色粉末,接著使用非常複雜的數學方法確定光通過氧化鋅材料的散射模式,並找出一種散射不變的特殊光束,基本上通過光後完全不會被氧化鋅改變波型,只是整體能量稍微衰減了些。

雖然這種光非常稀有,但理論上如果以正確方式組合,則應該能得到其他散射不變的光,也就是說科學家針對任何無序介質(無論是方糖還是牛奶)或許能量身打造特定光束,然後這光以非常特定的模式不受干擾穿過材料。

這項研究或許有一天能幫助突破現有成像技術,比如讓 X 射線安全穿透人體。新論文發表在《自然-光子學》(Nature Photonics)期刊。

(首圖來源:維也納工業大學

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