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超材料使物理场看起来像变魔术

David Smith & Yaroslav Urzhumov
Duke University
Pratt School of Engineering
Durham, NC

Jeff Wilson
NASA Glen Research Center, Cleveland, OH

Fabio Alves and Gamani
Karunasiri
Naval Postgraduate School
Monterey, CA

超材料是人造的结构材料,它们可以影响并控制波现象,这样那些通过超材料包围的对象便可以屏蔽这些波。在有光的情况下,超材料会使这些对象“不可见”。世界各地的研究人员将这些材料应用到很多不同的应用程序中。

在美国航空航天局 Glen 研究中心,物理学家目前正在研究超材料的潜在应用,其中包括“超级镜片”,它利用超材料负折射提供的分辨率比采用天然材料可能产生的分辨率要高很多。

在加利福尼亚州 Naval Postgraduate School 的研究人员正在通过超材料膜中的超材料来研究太赫兹 (THz) 成像技术。以 THz 为度量的电磁波常用于机场扫描仪,因为它们能穿透非金属材料而不会破坏组织或 DNA。然而,它们需要昂贵且复杂的成像装置,以此减轻大部分 THz 波到达目标之前被空气吸收的情况。超材料膜必须使用合适的材料和几何进行设计才能实现在所需的频率时传输接近 100%。

在杜克大学的 Center for Metamaterials and Integrated Plasmonics (CMIP),研究人员在 David R. Smith 的指导下,正在与丰田合作,在电动汽车中使用超材料进行无线电力传输。他们已经通过使用基于超材料的透镜使电源和装置之间的距离消失来完成这个任务。

所有这些研究人员都使用 COMSOL Multiphsyics 对设计进行了实验、验证和优化。后续他们会使用 COMSOL 从概念上研究超材料的新用途。

Hydrodynamical cloak: a porous metamaterial shell that eliminates wake. Modeled with COMSOL Subsurface Flow and Optimization Modules