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由超薄层的纳米天线（金块）覆盖任意形状的物体制成的超表面皮肤披风的3D插图。光线从斗篷（红色箭头）反射，就像从平面镜反射一样。
一组科学家发明了一种超薄的隐形斗篷，该斗篷可以顺应物体的形状，并在可见光的作用下将其隐藏起来。
从《星际迷航》到《哈利·波特》，隐形斗篷都是科幻小说和奇幻小说的主角，但在现实生活中不存在吗？美国能源部（DOE）的劳伦斯·伯克利国家实验室（Berkeley Lab）和加利福尼亚大学（UC）伯克利大学的科学家们设计了一种超薄的隐形“皮肤”斗篷，该斗篷可以与物体的形状和形状保持一致。用可见光将其隐藏起来。尽管这种披风只是微观上的，但该技术背后的原理应使其能够放大以隐藏宏观物品。
伯克利研究人员使用砖块状的金纳米天线块，制作了厚度仅为80纳米的“皮肤披风”，将其包裹在一个只有几个生物细胞大小的三维物体上，并随意地形成多个凹凸点和凹痕。 。隐身斗篷的表面经过了元工程设计，可以重新引导反射的光波，从而在激活隐身斗篷时使对象在光学检测中不可见。
伯克利实验室材料科学部主任，世界超材料权威机构张翔说：“这是首次将可见光掩盖任意形状的3D对象。”该材料是具有自然界中未发现的电磁特性的人造纳米结构。“我们的超薄披风现在看起来像外套。它易于设计和实现，并且具有可扩展性，可以隐藏宏观对象。”
Zhang是加州大学伯克利分校的Ernest S. Kuh基金会主席，也是伯克利Kavli能源纳米科学研究院（Kavli ENSI）的成员，是该论文的作者，他在《科学》中描述了这项研究。该论文的标题为“可见光的超薄隐形皮肤披风”。倪兴杰和黄子京是第一作者。其他合著者是Michael Mrejen和Yuan Wang。
这段简短的视频片段显示了由超薄纳米天线层制成的超表面披风的激活如何使3D对象不可见。当斗篷被“打开”时，在中央白点处被照亮的凹凸形状的物体从视野中消失了。当斗篷“关闭”时，该对象重新出现。视频由张翔及其研究小组伯克利实验室/加州大学伯克利分校提供。
光与物质的相互作用是光的散射（无论是可见光，红外光，X射线等），使我们能够检测和观察物体。可以在超材料中规避控制天然材料中这些相互作用的规则，这些超材料的光学特性是由其物理结构而不是其化学组成引起的。在过去的十年中，Zhang和他的研究小组一直在努力突破光与超材料相互作用的界限，设法使光的路径弯曲或向后弯曲，这是天然材料中不可见的现象，并使得物体在光学上无法被检测到。过去，他们的基于超材料的光学地毯披风体积庞大且难以扩大规模，并且在披风区域与周围背景之间存在相位差，这使得披风本身可以被检测到-尽管隐藏的东西无法探测到。
共同主要作者倪兴杰说：“创造一种在空气中起作用的地毯斗篷非常困难，我们不得不将其嵌入介电棱镜中，该棱镜在反射光中引入了一个附加相，这使该斗篷通过相敏检测可见。”是Zhang研究小组的新成员，现在是宾州州立大学的助理教授。“但是，超表面的最新发展使我们能够通过使用亚波长尺寸的元件直接操纵传播波的相位，这些亚波长尺寸的元件可在纳米级局部调整电磁响应，这种响应伴随着戏剧性的光限制。”
在伯克利的研究中，当红色光照射到任意形状的3D样品物体上时，该物体被保形包裹在金纳米天线皮肤披风中，其面积约为1300平方微米，从皮肤披风表面反射的光与从皮肤披风表面反射的光相同。平面镜，即使通过相敏检测也可以使下面的物体不可见。仅通过切换纳米天线的极化即可将“斗篷”打开或关闭。
“每个独立的纳米天线提供的相移都可以完全恢复波前和散射光的相位，从而使物体保持完美的隐藏状态，”共同主要作者，也是张氏研究小组成员的黄子京说。
操纵光与超材料之间相互作用的能力为诸如高分辨率光学显微镜和超快光学计算机之类的技术提供了诱人的未来前景。微观上的隐形皮肤披风对于隐藏微电子组件的详细布局或出于安全加密目的可能是有价值的。在宏观上，除其他应用外，隐形斗篷对于3D显示器也很有用。
这项研究由美国能源部科学办公室资助。
出版物：倪兴杰等，“可见光的超薄隐形皮肤披风”，《科学》，2015年9月18日：卷349号6254第1310-1314页； DOI：10.1126 / science.aac9411
