在材料中操纵光线，成功打造隐形斗篷

文/陈根

隐形斗篷，可以是魔法，可以是科幻，但很难是科学。到目前为止，“隐形”的概念大多仍然存在于人们的想像之中，而打上“隐形”标签的物品，也常常被人们以新奇的眼光来看待。然而，一种新材料的发现，却开始将“隐形”带入科学的范畴。拥有一件隐形的斗篷，或许不日真的将出现在人们的生活。

从科学的角度来看，所谓的隐形设备其实就是能够散射和弯曲光线，从而产生隐形效果的设备。而想要获得隐形的效果，也就是需要寻找能够散射和弯曲光线的材料。新型光学器件技术中的超材料就是这样一种经过特殊设计的材料，这种材料的性质主要来源于人工结构，而非构成其结构的材料组分。

上世纪90年代，英国的物理学家潘德瑞提出了一种设想，潘德瑞认为，金属单元可能会与电磁波发生响应，它产生谐振后会在谐振频率附近发生响应。而这个响应非常类似于负单元尺度的介电常数，同样地，这一谐振可能会产生一个负的磁导率。根据这一设想，2000年，美国物理学家斯密斯的课题组将金属线和金属环放在一起在一定频段、谐振频段的电磁波下，成功观测到负的折射率。

这一实验的影响是意义重大的，这证明了人们可以通过利用人工设计单元做出“物质”，而这个“物质”可能会获得自然界中完全没有的性质。正是借助于超材料的想法，有人提出了完全隐身的设计，就类似于《哈利波特》中的隐身衣，通过散射和弯曲光线实现隐身的目的。

尽管超材料的出现为人们改造世界提供了全新的思路，但其一个局限就在于昂贵且难以生产。而现在，中国科学家们则表示，他们似乎找到了更适合的材料来代替超材料，以制造这些隐形设备，即三氧化钼材料（a-MoO3）。

根据研究人员，a-MoO3具有一些独特的性质，可以为控制能量流提供一个极好的平台。该团队的模拟结果表明，当圆柱形或卷起的a-MoO3材料取代超材料时，简化的隐身集中器可以获得电磁隐形和能量集中的效果，这将是一个近乎完美的隐形装置所展示的效果。

事实上，近年来，转换光学一直是物理学的一个热门话题，这主要归功于一个发现，即光在连续介质中的路径可以跟它在经历了坐标变换的弯曲空间中的传播相同。这样做的结果是，当光穿过一种材料时，它的行为可以被操纵，这就导致了大量新型光学设备的诞生，比如隐形斗篷——一种可以覆盖物体并弯曲物体周围光线使其几乎消失的伪装材料，以及其他光学错觉设备。

物理确实是神奇的，也是颠覆的，随着对a-MoO3的深入了解，在未来，人们或许真的能够拥有一件隐形的斗篷。