新型超材料可避免电磁波逆向反射
来源：科技日报 发布日期：2012年08月21日
科技日报讯据物理学家组织网近日报道，电脑芯片利用光来移动数据将更加节能，甚至可比现今使用的芯片速度更快。而实现这点的困难之一就是光穿过电磁波导时不发生逆向反射以干扰之后的传输，甚至中断激光的工作。
现今的光纤网络通常使用光电隔离器来阻止光的逆向反射。这种装置一般由钇铟柘榴石等特殊材料制成，同时只能在磁场的作用下开展工作，这使得它的体积十分庞大。另外，由于隔离器会吸收光子以避免它们发生反向散射，其同样会削弱向前移动的光学信号。
而麻省理工学院等校的科研人员描述了一种新型超材料，能够保持光子只沿一个方向移动，使游荡的光子改道，而不仅仅是吸收它们。研究人员表示，这十分重要，因为光子的损失会限制他们所能集成的设备数量，因而制约大规模集成光学器件的发展。虽然实验所用的原型很大，但却不需要另外施加磁场，因此其原则上能够生产出比当前的光电隔离器更小的光学元件。此外，构建芯片级别的超材料不需要比生成微处理器更特殊的金属，从而能够降低制造的成本。相关研究报告发表在本周出版的美国《国家科学院学报》上。
赋予新材料光聚集特性的正是成排嵌入的金属天线，它们看起来很像垂直和水平交错的小型螺旋桨。每根天线由电路与位于材料底部表面的反方向的天线相连，通过电路的电流方向则决定了电磁波的传播方向。
虽然科学家正尝试以诸多不同的途径获取芯片级别的波导，但新型超材料提供的光学波导对于制造能够控制光学信号的芯片上设备十分有用。在芯片生产中，这些天线能被轻易地嵌入硅中。但天线的小型化并非支持超材料在可见光甚至近红外频率中工作的主要障碍，工作频率同样会受到电流中晶体管转换速度的限制，目前还没有哪个晶体管的设计能够迎合可见光较高的转换速度，而这正是研究人员正在努力的方向。（张巍巍）
