英國「捕獲彩虹」技術有望讓光線停止

新浪科技訊 北京時間11月16日消息，據國外媒體報道，英國科學家近日稱，他們最近設計出一種新型的人造電磁-光學材料，有望能夠將光線停滯於其中。在11月15日出版的《自然》雜誌上，英國薩里大學的物理學家歐特溫-赫斯與其同事公布了他們的這項最新成果。

　　歐特溫-赫斯稱，要將運行速度為6.7億英里每小時(10.8億公里每小時)的光截住絕對是一件壯舉，科學家們為此已經進行了數年的研究，以期能夠顛覆傳統的信息儲存與發送方式。為了應對這個挑戰，歐特溫-赫斯與其同事一道設計出了一個理論方法，使用一種屬性由結構而非成份決定的「超材料」將光截留住。

　　「超材料」是一種人造的電磁-光學材料，即在透明材料中置入一些微型的金屬包含物。憑藉其「負折射率」的特性，「超材料」成為了截留光的理想材料。介質的折射率是指光在真空中的運動速度，和在某種介質中減慢的運動速度之比。絕大部分材料，如玻璃和水，的折射率為正，意味著光基本上還是朝同一方向運動。赫斯解釋說，「超材料」的負折射率特性使得光在一定程度上按原方向折回，這樣一來，光的運行速度就慢慢地減緩下來，直至停止。

　　實驗研究中，歐特溫-赫斯帶領的研究小組將這種「超材料」夾在兩種普通的材料中間，且一端寬一端窄。赫斯表示，這種寬度差異可以使光的不同波長停留在不同點上，最後實現「當每個頻率成分都被截留時，所有光波的分佈呈立體狀」，這樣就可以在「超材料」上形成一道彩虹。他還表示，與早期截留光波粒子的實驗不同的是，他們的此次實驗不僅只減緩並截留了窄頻帶中的光，而是實現了整個頻率域中光的截留。

　　目前，赫斯的設計還只停留在理論階段，要真正實現光的截留，科學家們就必須努力研發並使用納米材質的「超材料」。儘管這樣一種材料聽起來有些 「科幻」，但奇異的「超材料」發現都是從一些看似不可思議的理論誕生出來的。比如，負折射率材料從提出到發現僅用了短短6個月的時間。赫斯希望相同的事情也可以發生在「捕獲彩虹」上，儘管他認為首個實現的設備應該對應的是波長更長的紅外光波或者微波，因為它們需要的波導尺寸更大，更容易製造。

　　歐特溫-赫斯表示，一旦光可以被截留住，就將掀起數據流和數據儲存領域的革命。目前，網際網路在面臨如何加速數據流方面能力有限，因為「過量的數據常常在同一時候抵達某些點」。假設數據是通過光子而非電子傳輸，那麼根據赫斯的理論，就可以通過給光子設置限速，使某些頻率的數據傳輸減速，以便其它數據通過。這樣一來，就可以提高數據處理效率，使網際網路具有更大的數據容量。由於光學裝置天生就具有難以置信的高帶寬，因此，截留光的方法使得光子可以被儲存，從而晶元上可以儲存海量數據。

　　科學家們早就知道，光的傳播速度不是一成不變的，而是在不同的介質中有著不同的速度。光的最快速度只有在真空和物質稀薄的空間才能達到，例如在空氣中；光在進入水或玻璃等介質后，由於折射傳輸速度會變慢，但在普通的光學材料里光速一般只會減慢到原來的幾分之一，還是太快了。慢化光速無論是從理論上還是從實際應用上均是意義非凡，而對計算機領域更是如此。使光子停止，操縱光子以便把信息輸入光子，然後根據需要再將光子發往某地以及某時再發。這種可能性使人們看到了新一代計算機的曙光，可以預見它比目前計算機的功能要強大幾千倍，這就是所謂的量子計算機。此外，利用它可開發將不可見的紅外線轉換為肉眼可識別的可見光的技術、減少通信系統中的噪音以及研製性能更好的視頻顯示和夜視裝置等。(劉妍)