《望东方周刊》张忠霞/美国华盛顿报道

　　科学家已经造成制作隐身衣的“布料”

　　哈里·波特的众多魔法宝贝中，隐形斗篷最是令人垂涎。哈里·波特的扮演者丹尼尔·拉德克利夫说，自己最喜爱的 东西就是那样的隐形斗篷。而书的作者J.K.罗琳也说过，她很想从自己的书中，借一件隐形斗篷，逃离盛名之累。

　　小说作家带给人们幻想，而现实则要仰赖科学家。美国加利福尼亚大学伯克利分校华人科学家张翔领导的科研小组最 近取得重大突破，隐形斗篷问世指日可待。

　　隐形斗篷的“布料”

　　光线是不同波长的电磁波。可见光的波长在400纳米到700纳米之间(从紫光到红光)，红外线的波长大约从7 50纳米到1毫米之间。人眼看世界，看到的是波长范围很窄的可见光，其余光线对于人眼来说均不可见。

　　所谓隐形，实际上就是让人们能透过前面的物体看到它后面的东西，就好像前面的物体不存在一样。实现这一点的关 键是改变光的正常路径，让光弯曲，走向负折射。

　　1967年，苏联科学家维克托·万塞拉戈(VictorVeselago)首次提出了负折射的假设。

　　正常情况下，当光线从一种介质传入另一种介质时，会出现折射。学过高中光学的读者一定记得，入射光线和折射光 线一般位于法线的不同侧。而万塞拉戈则提问说，如果有一种能够产生负折射的介质，即入射光线和折射光线位于法线一侧， 会发生什么呢？

　　虽然当时大家认为存在这种介质“是不可能的”，但还是有了一系列推论。比如正常情况下，人看水中的鱼，由于光 线的折射，会感觉鱼比实际位置稍偏高。而如果水的折射率为负，那看起来鱼不是偏高，而是好像悬浮在水面之上一样。另外 ，负折射还会导致隐形！

　　要想使某一波段的光线“弯曲”，形成负折射，第一个办法是制造出特殊的材料，第二个办法是调整材料的几何结构 。虽然采用同一材料，但如果用不同的几何结构排列，材料的性质就会发生改变。

　　张翔领导的两个研究小组，通过上述两种方法，研制出了在自然界中并不存在的具有负折射率的材料，论文分别发表 在《自然》和《科学》杂志上。

　　在《自然》杂志上发表论文的小组，成功将纳米尺度下的银和氟化镁交错铺叠，然后用鱼网眼状材料“切”入。一层 银和一层氟化镁组成一对，形成一个“回路”。也就是说，有很多个回路平行放置。当有光线入射时，会产生电场和磁场，回 路会产生感应电流。很多个回路就会产生共振，产生一种相反方向的作用，成功地使光向后“弯曲”。当入射光线波长在15 00纳米到1800纳米波段范围——近红外区域时，研究人员测得了这种材料的负折射特性。

　　而在《科学》杂志上发表论文的科研小组则采用了另一种办法。他们用生长在多孔氧化铝内的银纳米线作为材料。这 种材料本身不具有负折射率，但通过特殊的几何结构排列，在660纳米波长(也就是红光)左右时，这种材料成功表现出负 反射特性。这是第一次在块状介质上把可见光弯曲。

　　在以上两种用人造工程方法合成的特殊材料中，光线的行进以一种特殊的方式进行，不能像平常那样折向人眼方向。 制做隐形斗篷，科学家们已经拿到了“布料”。

　　“超材料”的竞争

　　“让自己或者让一辆坦克隐身，再过20年或30年能实现吗？”本刊记者好奇地问。

　　“肯定会实现!”张翔十分有把握地答道。

　　具有负折射特性的材料被称作“超材料”，科学界对于“超材料”的设想和科研自上世纪70年代至今一直都未停步 。随着纳米技术的发展，全世界的相关竞争日益激烈。

　　张翔毕业于南京大学，早年赴美留学，现在担任加利福尼亚大学伯克利分校纳米级科学和工程中心主任。在“超材料 ”研究方向上，他已经花了7年的时间。

　　与之前的研究成果相比，张翔小组实现了两方面的突破：

　　第一、实现了三维材料的负折射，换句话说，他们的材料是有体积的。以前曾有研究小组在一薄层原子上实现光学频 率(可见光及近红外光)上的负折射。科学家们一开始听说后都非常兴奋，但由于原子层根本谈不上体积，因此后来大多数专 家都认为这种情况根本无法被认为是负折射，更不要说有什么实际应用了。

　　第二、弯曲的是可见光和近红外光线，以前曾有研究小组实现波长较长的微波波段(1毫米到30厘米)的弯曲，但 对于人眼来说，微波本身就是不可见的。一种超材料要想实现负折射，它的结构阵列必须要小于所用光的波长。很显然，如果 选择让微波“弯曲”的话，那么对材料结构的要求要低得多。张翔领导的研究小组所制造的材料结构单元都在纳米尺度上。

　　“我们通过两种不同的途径，制造出了能够在光学频率上表现负折射率的三维超材料，”张翔说，“两种方法都使得 我们朝着‘超材料’的实际应用方向前进了一大步。”

　　虽然现在的实验只是在纳米尺度上实现了负折射，“但是从理论上讲，是可以扩展到正常尺度的，”张翔十分肯定地 说。

　　比隐形更重要　　

　　突破性成果发表后，张翔被来自世界各国的记者疯狂追踪，采访电话和电子邮件如潮水般涌来。

　　“什么时候可以穿一件这样的隐形斗篷？”张翔总是被问到同一个问题。

　　但是，张翔最看重的应用并不是隐形，而是另外一个很快就能“真刀真枪”用上的领域——透镜。

　　“现在很多人一谈到负折射，脑子里就只装着个隐形，实际上远不止此，”张翔说，“负折射材料在透镜领域的应用 将会对整个社会产生更加深远的影响。”

　　1999年，英国科学家曾经提出，如果存在负折射，那么就可以制造“超透镜”。

　　现在，制造各类精细器件比如芯片等都离不开透镜的光刻技术。怎么样才能把器件做小，是高技术行业发展的很关键 问题。很多器件研发近年没有重大突破，背后的原因就是透镜的极限限制——已经没办法刻得再小了。

　　目前，透镜是用自然材料制成的，折射率是正的，这使透镜都面临物理上的衍射极限，即不管使用什么光线，最小的 聚焦点都必须大于半个波长。目前的衍射极限最低在200到300纳米左右。

　　如果利用负折射材料制作透镜，就可以突破这个极限，“我们的研究小组已经成功做到使衍射极限降低到大约30纳 米，而且从理论上讲还可以更低至五六纳米，”张翔兴奋地说。

　　这意味着什么呢？更小的集成电路意味着芯片的存储能力、集成能力会向前大大推进。高性能计算机的纳米级集成电 路、更高存储量的DVD都将接踵而来。

　　以前一张光盘只能存一部电影，而现在能存好多部电影，未来有一天，一张DVD说不定就把整个图书馆都装在里面 了。“在未来3到5年间，这样的透镜就可能会面世，”张翔说。

　　假如说隐形斗篷是想让别人看不到你，那么“超透镜”还能让你看到别人看不到的东西。

　　在生物学等科研领域，负折射材料透镜将带来一场革命，并使生物学进入到一个崭新的层面。

　　现在的显微镜可以让科学家观察到一个细胞的水平，但细胞里面是如何运作的，却还不可知。虽然能做切片观察，但 那是死细胞。而有了这种新型透镜，科学家就可以“看”穿活细胞，这对于科研人员研究病毒入侵细胞机制、对于新药的筛选 等等都会产生重大的影响。