Science重磅│超材料透鏡將徹底顛覆我們的鏡頭

超材料（Metamaterial）一直是光子晶體研究裡面最尖端的項目之一，而說起超材料，可能最容易想到的是兩張圖，一張就是排列的異常美觀規整的納米結構，而另一張則是超材料里的一張著名的假想圖——向「錯誤」的地方彎曲的筷子，即負折射率材料。

高度規整的納米結構

以上這些雖然看起來酷炫無比，但是貌似我們還無法看出超材料能搞出什麼「超」應用來，一篇剛剛在《科學》雜誌發表的論文向大家證明了，超應用離開我們已經只有一步之遙。

一個來自哈佛大學的研究團隊最近利用高度約為600納米的二氧化鈦「納米磚」塊堆出了一塊完全平面，並且纖薄如紙的聚光鏡片。這塊超材料鏡片的有效放大倍數高達170倍，並且放大後的圖象解析度能完全媲美常規的玻璃透鏡。

約600納米高的二氧化鈦納米磚塊

超材料的本質就在於這些尺寸小於光的波長的納米結構，這些結構可以藉由不同的形狀、大小和排列和光子愉快得玩耍，把它們或阻斷、或吸收、或增強、或折射。這一次，科學家們就通過這些納米磚頭的不同排列，成功將通過的光「聚焦」。

普通玻璃聚光鏡示意圖

超材料平面聚光鏡示意圖

既然前景這麼美好，那麼為什麼超材料到現在還沒有廣泛應用於光學鏡片領域呢？主要原因，也是超材料鏡片和玻璃鏡片最大的區別就是，超材料非常挑光的「波長」，換句話說紅光比較好使的鏡片就無法將綠光聚焦，反之亦然，同時要找到可用於我們肉眼能看見的可見光範圍的材料其實也費了一番周折，最終選定了二氧化鈦，而早期的超材料主要都是硅基的表面等離子材料。

因此超材料鏡片可能目前只能適用於使用激光的這樣波長單一的電磁波的儀器中，而如果有一天，複合波長這個難題被攻克，我們的所有光學儀器都將發生顛覆性的改變，讓我們拭目以待吧。

下一個難題就是同時聚焦多波長的光

一旦成功，光學鏡片的尺寸將會大幅減小，成本將大幅下降，我們對目前大多數光學設備的認知也會發生顛覆性的改變。

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