一滴血就充满了微生物——想象一下，如果我们能用肉眼看到它们，甚至是纳米大小的病毒。这是科学家所谓的“完美镜头”的真正可能。这种透镜还没有被创造出来，但它是一种理论上完美的光学透镜，由超材料制成，这种超材料被设计用来改变材料与光的相互作用方式。
虽然一个完美的镜头——以及它的超材料——几乎是完美的，但它并不是万无一失的。在过去的15年里，随着研究领域的扩大，出现了越来越多的挑战。
现在，密歇根理工大学的研究人员发现了一种可能解决最大挑战之一的方法，即让光波通过透镜而不被消耗。《华尔街日报》物理评论快报今年7月发表了他们的研究，这是Durdu Güney研究的延续，Durdu Güney是密歇根理工大学的电子和计算机工程教授。
Güney与密歇根理工学院的博士研究生Mehdi Sadatgol、圣路易斯华盛顿大学电气与系统工程系的Sahin Kaya Özdemir和Lan Yang一起工作。正如研究小组在他们的论文中所写的那样，“这些发现开启了重新实现从零开始制造‘神奇’超材料的早期梦想的可能性。”
超材料的前景
超材料通常是基于自然材料，但可以改变，以具有完全不同的光学特性。超材料超越了玻璃、塑料、金属或木材等天然材料的极限。为了做到这一点，用于制造超材料的基底——就像Güney小组使用的银薄膜——在亚波长范围内进行微调，使光波以新的方式与这种材料相互作用。虽然还没有人创造出完美的镜片，Güney测试的金属底座看起来更像传统的玻璃镜片;光会穿过而不是反射金属。
Güney说:“铝和银是目前可见光谱中最好的选择，不仅是为了完美的透镜，也是为了所有的超材料。”并解释了用这些金属已经成功地制造出了超材料，尽管它们仍然倾向于吸收光波。“对太阳能电池来说，光的损失或不希望的吸收是好的，但对透镜来说就不好了，因为它会使光波恶化。”
因此，要获得更清晰的图像，就必须提供牺牲的光波。
负折射率超材料溶液
吸收的解决方案全在于光波本身，它在超材料中表现得很奇怪。为了创造它们科幻般的光弯曲特性，一个完美的透镜依赖于负折射率的超材料。正负是指物质对传播和衰减的光波的反应，就像光学中的阴和阳。大多数物质——正折射率物质——只允许传播的光波通过。另一方面，负折射率超材料不仅能穿过传播的光波，还能放大衰减的光波。
Güney解释说:“为了让完美的镜头发挥作用，你必须满足很多电磁限制。”“我们不知道如何精确地激发和保护所需的光学模式(材料中的光波)在镜头中，以完美地构建图像。”
这一困难促使研究人员尝试对超材料的组成进行大量修改，增加体积、逐个模的挑剔和越来越复杂的模型。但是Güney和他的团队建议远离复杂的问题，回到光本身。在他们的等离子体注入方案(简称pi方案或π方案)中，研究人员利用了在穿过负折射率透镜时哪个光波会崩溃的优势。他们使用这种波(在透镜中注定会失效)来屏蔽所需的光波，使其毫发无损地通过。
Güney表示:“通过这种方法，你可以设计这种牺牲波。”“很难用其他方法构建这种浪潮。”
推进这项技术可能意味着更容易获得的医疗技术和轻量级的现场设备，这只是开始。
Güney说:“成像是这项工作的关键技术之一。”并补充说，一个完美的镜头可以让科学和医学真正为人们服务。“这将使生活更容易理解，因为人们将能够亲眼看到它。”
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