張興華

我們是如何看到物體的？

要想知道隱身斗篷是如何隱身的，就要先了解人們是如何看到物體的。

光是在空間中傳播的一種電磁波。不同顏色的光對應不同波長的電磁波，人眼能夠看到的電磁波稱為可見光，也就是波長范圍很窄的一段電磁波。電磁波還包括其他波長不同的不可見光線，包括微波、紅外線、紫外線、X 射線和伽馬射線。

我們看到物體主要是因為光在物體的表面上發(fā)生反射，人眼看到了反射光線，從而意識到這里有一個物體。

如果能夠調控物體的反射光，使得觀察者不能接收到反射光，那么對于觀察者而言，這個物體就是隱身的。在很多場景下，人們是從固定的角度來觀察物體，如果物體的反射光與其環(huán)境有很大差別的時候，人們能夠通過反射光判斷物體的形狀和大小;當降低物體反射光與環(huán)境的反射光之間的差別，該物體就能實現(xiàn)隱身。

例如，光線照在魚身上后，會產生反射，這些反射波傳到我們的眼睛，就形成了我們所看見的小魚的模樣。既然如此，如果我們能控制光線從小魚身邊繞過去，那么就沒有光的反射，小魚也就會“看起來”消失不見！

超構材料如何實現(xiàn)隱身魔法？

在過去，研究者用攝像機加上顯示屏來制造隱身斗篷，但它只能對某個方向隱身，而且需要耗費許多能量，導致實用性低。

超構材料的發(fā)明使得隱身斗篷得以實現(xiàn)。當我們把介質里很微小的人工結構進行有序排列后，就可以改變介質的宏觀性質。這些經過人工排序的微結構組成的介質，就叫作超構材料。

那么，超構材料是如何實現(xiàn)隱身的呢？辦法是在材料表面制備納米尺度的金屬天線。在有光照時，光能與金屬的表面電磁波發(fā)生共振，這些耦合的表面波和電荷的振蕩也被稱為表面等離激元。這種振蕩會造成入射光相位的急劇跳變，不同尺寸的天線實現(xiàn)對應不同相位的跳變，因而通過設計不同形狀的天線在空間中的排布可以改變光線的路徑，阻止光發(fā)生反射，從而達到隱身的效果。

給我一點超構材料還你一件隱身斗篷

由于隱身斗篷所需的結構極其復雜，早期的研究主要是針對微波的隱身。隨著超構材料的出現(xiàn)，在可見光波段使用的隱身斗篷終于被設計制造出來。

被稱為光學孤立斗篷的隱身斗篷可以在三維空間中將物體隱身起來。光學孤立斗篷可以將進入其中的電磁波偏轉，引導光繞過需要被隱藏的區(qū)域，并讓電磁波在離開斗篷區(qū)域的時候回到它們入射時候的取向，就好像沒有任何反射發(fā)生過一樣，讓人們在任何角度觀察這個區(qū)域的時候都看不到反射光。

超構材料可以制作出傳統(tǒng)光學器件不能實現(xiàn)的神奇光學特性，比如負折射率結構。這種結構可以將發(fā)散的光線在空中匯聚起來，不需要介質承載就可以在空氣成像。結合空間定位等交互控制技術，可實現(xiàn)人與空氣中的影像直接交互。這樣的技術已經應用到了醫(yī)院無接觸式自助掛號機以及地鐵自助售票終端上?；颊呋虺丝涂吹綉腋≡诳諝庵械钠聊伙@示畫面，通過直接在空氣中點擊，就能完成掛號或購票，而不需要觸摸儀器。

超構材料的研究是一門前沿、實用的科學，它正朝著更薄、更輕、更廣泛的方向發(fā)展。過去，隱身還是人類遙不可及的夢想，如今，夢想已逐漸變成了現(xiàn)實。人類對未來的暢想，真是推動科學進步的一股動力！