科学家研发第一个三维超材料 前景无限

据科学日报报道，当涉及转移和控制波，尤其是声波和光波时，超材料具有非凡的特性：例如它们可以让物体隐形，或者增加镜头的分辨能 力。法国国家科学研究中心（CNRS）和法国波尔多国立高等化学物理学院(CNRS/波尔多大学/国立波尔多综合技术学院/法国国立工程技术大学校)的研 究人员通过结合物理化学组成和微流体技术，研发了第一个三维超材料。这是更容易塑性的新一代柔软超材料。在他们的实验里，研究人员实现了超声波振荡向后移 动，而声波携带的能量向前移动。这项研究开启了新的前景，尤其对于高分辨率成像而言。这项研究被发表在12月15日的期刊《自然材料》上。

第一个三维超材料

自 21世纪初以来，国际科学界对超材料以及它们无与伦比的特性的兴趣呈指数上升。超材料是一种其中声波或者光波的相位速度可以为负（也即材料具有负折射率） 的媒介。在这样的媒介里，波（连续振荡）的相位和波携带的能量的移动方向是相反的。这一特性并未被发现出现在任何天然的均匀介质里。

为了获得超材料，获得包含大量内含物（也就是微共振器）的均匀介质是必须的。常规方法是利用微机械方法（蚀刻、沉积等）以机械加工一维或者二维具有超材料特性的载体。然而，这一方法无法应用于超声波所需要的微米级别的柔软物质，且目前获得的超材料只限于一维或者二维。

在最新这项研究里，研究人员发明了一种流体相的新超材料，它形成于嵌入基于水的凝胶的多孔硅微粒。这种超常流体是第一个能够以超声波频率工作的三维超材料。此外，由于它的流体特性，它还可以利用物理化学过程和微流体技术实现，这比微机械方法要更容易实施。

多 孔介质的特性之一便是，与水相比（速度为每秒1500米），声波以非常慢的速度穿过它们（每秒十多米）。由于这种鲜明的对比，只要液滴浓度充足，整个悬浮 都具有超材料的特性。当研究人员研究超声波穿过这种介质的传播时，他们直接测量到负的折射率。在这样的超常流体里，波携带的能量从发射端传递给接收端，这 与预计的并无出入，然而振荡似乎是以相反的方向向后移动，就像舞者跳着月球漫步的舞步一样。