节育环纳米环

2023-07-17 00:00:47

在材料科学中，消色差光学元件具有高透明性和低色散性。材料科学家们已经证明，尽管金属是高度不透明，但密集排列的金属纳米颗粒阵列(按体积计金属含量超过75%)在红外辐射下比锗等介质更透明。这种阵列可以形成有效的介质，在超宽带波长范围内几乎没有色散，从而设计出各种下一代基于超材料的光学设备。科学家可以通过改变纳米颗粒的大小、形状和间距来调整这些材料的局部折射率，从而设计出梯度折射率透镜，引导和聚焦微观尺度上的光。

电场可以强烈地集中在金属纳米粒子之间的间隙中，以便同时聚焦和“挤压”介质场，从而产生强大、双重增强的热点。科学家们可以利用这些热点来推动红外光谱和其他非线性过程在宽频率范围内的测量。在发表在《自然通讯》(Nature Communications)期刊上的研究中，塞缪尔·j·帕尔默(Samuel J. Palmer)和英国物理、数学和纳米技术系一个跨学科研究团队美国、西班牙和德国的研究表明，人工介质对红外辐射可以保持高度透明，即使粒子是纳米级，也能观察到这一结果。

研究证明了电场穿透粒子(使它们在传导上不完美)，使它们在紧密排列中发生强烈的相互作用。研究结果将使材料科学家能够设计出用于中红外波长区域的非彩色光学元件。能够通过改变纳米颗粒的大小、形状和间距来调整这些成分的局部折射率，同时对周围环境的局部折射率具有敏感性。科学家们增强了阵列中金属纳米颗粒间隙中的电场，同时利用其透明性、可调谐性和高金属填充率设计了梯度折射率透镜。该研究将光聚焦在微尺度上，压缩纳米尺度上的电场，从而在整个红外(IR)区域产生双增强电场热点。

科学家们设想，这项新研究将促进利用红外光谱和其他非线性过程在广泛的频率范围内进行测量。材料科学家目前能够开发新的和先进材料；然而没有任何一种新材料的结构完全相同。大多数材料都可以用均匀的微观特性来表征，例如折射率，其中原子的不均匀性小于入射到材料上的平均波长。当材料含有足够的亚波长结构时，被称为超材料的人工构建材料用有效指数来描述。早期的超材料包括由几厘米尺度的金属粒子阵列组成的人工介质，这些金属粒子阵列能够像介质一样引导和聚焦无线电波。

早期人工介电材料中的金属粒子非常大，它们

2023-07-16 23:23:37

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