科学家们实现了透明材料的吸收光特性

   来自瑞典和美国的一组物理学家展示了一种极不寻常的光学效应。他们设法用一种没有光吸收能力的材料而“实际上”实现了光吸收。这项发表于《Optica》杂志上的研究发现有望打破目前的光存储元素现状。 
 
    电磁辐射，包括光的吸收，是电磁的主要效应之一。这个过程发生在电磁能量被转换成热能或吸收材料中的另一种能量时（例如，在电子激发过程中）。煤炭、黑漆和碳纳米管阵列之所以是黑色，因为它们对于入射的光几乎完全吸收。其他材料，如玻璃或石英，没有吸收性能，因此看起来是透明的。 
 
    在他们的理论研究中，物理学家们设法消除了这种简单直观的特性，通过制作一个完全透明的物质但是具有完全吸收的特性。要做到这一点，研究人员使用的散射矩阵函数与入射电磁场与一个由系统分散的特殊的数学性质。 
 
    当一束具有时间独立强度的光射入一个透明物体中，光没有吸收，但由散射矩阵的幺正性引起的材料现象分散。然而，事实证明，如果入射光束的强度以一定的方式随时间变化，酉属性可以被破坏，至少暂时中断。特别是，如果强度增长是指数的，总入射光能量将在透明材料中累积而不离开它（图1）。在这种情况下，系统将从外部看起来完美地吸收。 

    透明材料薄层中的虚拟吸收效应。虚线表示一个随时间变化的入射波的振幅；实线是散射信号的振幅，它包括入射波和透射波。散射信号没有达到T＝0，表明入射波能量在层中是完全锁定的。 

 
    为了说明这种效应，研究人员研究了一层透明的电介质，并计算了入射光吸收所需的强度分布。计算证实，当入射波强度呈指数增长（图2虚线）时，光既不发射也不反射（图2上的实线曲线）。也就是说，尽管它缺乏实际的吸收能力，但它看起来非常完美。然而，当入射波振幅的指数增长停止时（在t＝0）时，层中锁定的能量被释放。 
 
    “我们的理论发现似乎有悖常理。直到我们开始我们的研究，我们甚至无法想象，它可能会把这种把戏用在透明的结构中，”Denis Baranov说，他目前在莫斯科理工学院工作，并且也是这项研究的作者之一。“然而，正是数学使我们达到了这个效果。谁知道呢，电动力学可能还包含着其他迷人的现象。” 
 
    这项研究的结果不仅拓宽了我们对光与普通透明材料相互作用的理解，而且具有广泛的实际应用。举个例子，光在透明材料中的积累可能有助于设计光学存储装置，在不需要任何损失的情况下存储光学信息，并在需要时释放它。