全球首个成功开发超材料的“真单向玻璃”

小夏 历史 更新 2024-02-18

阿尔托大学的研究人员创造了一种神奇的“单向玻璃”,它的一面完全像玻璃一样透射光线,但在另一面像镜子一样反射光线。

有一面“魔镜”,镜子只能从一侧看到,但从另一侧可以像玻璃一样看到,但传统镜子不允许光线从一个方向通过; 事实上,它是一种半透明材料,可以让光线在两个方向上通过,当玻璃内部和外部的亮度存在差异时,它就会发挥作用。 因此,需要对周围环境进行准备,并且不能期望与透明玻璃相同的透光率。 然而,使用基于NME(不可逆磁电)的单向玻璃,光线只能沿一个方向通过,因此不需要亮度差异。

当您想到单向镜时,您可能会想到它们被用于警察审讯室,但它们还有许多其他实际用途。 其中许多都与确保隐私有关。 想象一下,您的家中、办公室或汽车里都有玻璃窗。 无论外面多么明亮,人们都看不到里面的东西。

为了制造这种神奇的玻璃,研究人员决定放弃传统材料,使用超材料。 传统材料对电场和磁场以及光的响应是由原子决定的。 然而,光学超材料用超原子代替原子,超原子可以通过结构工程使其具有自然界中罕见的特性,从而使它们能够被设计为产生独特的电磁响应,从而能够在纳米尺度上产生和精确操作光。

在其最普遍的形式中,磁电 (ME) 效应是指材料的磁性和电性之间的耦合。 在常规材料中,光频磁化的影响可以忽略不计,但对于超材料来说,光的电成分会引起磁化,磁性成分可以产生偏振光。

先前的研究表明,磁性在微波频率下很强,并在该光谱区域产生显着的ME效应。 尽管进行了二十年的理论研究,但迄今为止,还很难实现在这个范围之外工作的超材料。

这种新的超材料利用了不可逆磁电(NME)效应。 NME效应是指材料的磁化和偏振特性与光或其他电磁波的不同成分的耦合。

到目前为止,NME效应还没有找到实际的工业应用。 大多数提出的方法只适用于微波,不适用于可见光,而且该技术无法做到这一点。

阿尔托大学的研究人员表示,他们已经成功地突破了这两个障碍。 通过利用现有的纳米加工技术来克服这些问题,我们成功地创造了一种三维光学NME超材料,其中由传统材料钴和硅制成的单个超原子自发磁化。

研究人员表示,用超材料设计制成的单向玻璃不仅有助于保护隐私,而且还可以安装在现有的太阳能电池板上,以提供当前设计中缺少的反射,据说能够捕获大量的热能。 它还可以取代安全玻璃、车窗或不会变暗的单向太阳镜。

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