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美勞倫斯伯克利國家實驗室首次制造出非線性零折射率超材料

據美國每日科學網站12月6日（北京時間）報道，美國勞倫斯伯克利國家實驗室的張翔（音譯）領導的研究團隊在今天出版的《科學》雜志撰文稱，他們制造出了全球首塊非線性零折射率超材料，通過這種材料的光在各個方向都會得到增強，有望爲量子計算機快速提供多方向的光源，也可爲量子網絡提供相互糾纏的光子，從而大大促進量子網絡的發展。
　　超材料是指一些具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工複合結構或複合材料，其獨特的光學屬性源于材料超晶格的物理結構而非化學組成。使用超材料，張翔團隊制造出了世界上第一款光學隱身鬥篷；模擬了黑洞；並制造出了全球首塊等離子體納米激光器。
　　而在最新研究中，他們將關注點放在了超材料的非線性屬性上。張翔解釋道：“當光之間的相互作用改變材料的屬性時出現的現象叫做非線性光學現象，其對材料科學、物理學以及化學來說非常重要。不同能量光子的聚合或分離能生成新的光源，是非線性光學的重要應用領域之一。”
　　科學家已經證明，可以獲得折射率爲零的超材料，讓光毫發無傷地通過，就像通過真空一樣。現在，他們對這種超材料加以改進，使其可以通過非線性過程來生産光。該超材料具有漁網結構，其由20個30納米厚的金薄層和50納米厚的氟化鎂薄層在一個50納米厚的氮化矽薄膜上輪流交替而組成。
　　該研究的主要作者之一海姆·薩克維斯基說：“我們使用四波混頻（三束光會同非線性媒介混合，制造出第四束光）技術對新研制的超材料進行了測試，結果表明，不管光波在哪個方向産生，始終能保持其內部的光學動量守恒，實現了光和超材料的相互作用零相位失配，因爲各個方向釋放出的非線性光完全相等。”
　　他解釋道：“在折射率爲零的材料內，光子的動量爲零，而且，任何方向的光子的混合都滿足動量守恒定律，這就使非線性方法産生的光波能夠在向前和向後的方向上累積，從而實現高效的多方向釋放。這一方法除了可以産生相互糾纏的光子用于量子網絡之外，還可以産生用于遙感領域的雙向相幹拉曼散射等效應。”