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新型光学超材料可实现真正的单向透光玻璃

文章来源：新能源网更新时间：2024-02-26 15:30:51

传统材料对电场和磁场的响应，也就是对光的响应，是由原子决定的。然而，在光学超材料中，原子被元原子所取代，元原子可以通过结构设计而具有自然界中罕见的特性，从而使设计产生独特的电磁响应，并能在纳米尺度上精确操纵光。经过数十年的物理学理论研究，研究人员成功地利用传统材料制造出了一种新型光学超材料。其增强的电磁效应可能会使真正的单向玻璃成为现实，并使太阳能电池板更加高效。

在纳米尺度上控制和操纵光的能力为超材料在各个领域的应用开辟了广阔天地。现在，芬兰阿尔托大学的研究人员创造出了一种新的光学超材料，它可能使真正的单向透光玻璃成为现实。

磁电（ME）效应的最一般形式是指材料的磁性和电性之间的耦合。在光学频率下，磁化对传统材料的影响可以忽略不计，但使用超材料则可以增强这种影响，在超材料中，光的电分量可以诱导磁化，而磁分量可以产生偏振。

以往的研究表明，微波频率的磁性很强，在这一频谱范围内会产生明显的超材料效应。尽管经过了二十年的理论研究，但直到现在，人们还很难实现在这一范围之外工作的超材料。

全电磁频谱示意图

这种新型超材料依赖于非互惠磁电效应（NME）。非互易磁电效应意味着材料的磁化和偏振特性与光或其他电磁波的不同成分相关联。

"到目前为止，NME效应还没有实现现实的工业应用，"该研究的主要作者沙迪-萨法伊-贾兹（Shadi Safaei Jazi）说。"大多数提出的方法只能用于微波，而不能用于可见光，而且也无法用现有技术制造出来"。

研究人员利用现有技术和纳米制造技术成功克服了这些问题，创造出一种三维光学 NME 超材料，其单个元原子由传统材料钴和硅制成，可自发磁化。

这种新型超材料为那些原本需要强大外部磁场才能发挥作用的应用铺平了道路，例如真正的单向玻璃。目前所谓的"单向"玻璃实际上只是半透明的，光线可以从两个方向穿过。当两侧亮度不同时，它就像单向玻璃。然而，基于 NME 的单向玻璃不需要这种亮度差异，因为光线只能够从一个方向穿过。

"想象一下，在你的房子、办公室或汽车里有一扇装有这种玻璃的窗户，"Safaei 说。"无论外面的光线如何，人们都无法看到里面的任何东西，而你却可以从窗户欣赏到完美的景色。"

这种超材料还有可能阻挡现有太阳能电池向太阳辐射的热辐射，从而降低其捕获的能量，从而提高太阳能电池的效率。

这项研究发表在《自然通讯》杂志上。

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