新型人造电磁光学材料将变革现有数据存储技术

英国科学家近日称，他们最近利用一种新型的人造电磁-光学材料，首次成功地利用"捕获彩虹"技术让光线停止了下来。

在11月15日出版的《自然》杂志上，英国萨里大学的物理学家欧特温-赫斯与其同事公布了他们的这项最新成果。欧特温-赫斯称，要将运行速度为6.7亿英里每小时(10.8亿公里每小时)的光截住绝对是一件壮举，科学家们为此已经进行了数年的研究，以期能够颠覆传统的信息储存与发送方式。为了应对这个挑战，欧特温-赫斯与其同事一道设计出了一个理论方法，使用一种属性由结构而非成份决定的"超材料"将光截留住。

利用"超材料"的负折射率

"超材料"是一种人造的电磁-光学材料，即在透明材料中置入一些微型的金属包含物。凭借其"负折射率"的特性，"超材料"成为了截留光的理想材料。介质的折射率是指光在真空中的运动速度，和在某种介质中减慢的运动速度之比。绝大部分材料，如玻璃和水，的折射率为正，意味着光基本上还是朝同一方向运动。

赫斯解释说，"超材料"的负折射率特性使得光在一定程度上按原方向折回，这样一来，光的运行速度就慢慢地减缓下来，直至停止。 实验研究中，欧特温-赫斯带领的研究小组将这种"超材料"夹在两种普通的材料中间，且一端宽一端窄。赫斯表示，这种宽度差异可以使光的不同波长停留在不同点上，最后实现"当每个频率成分都被截留时，所有光波的分布呈立体状"，这样就可以在"超材料"上形成一道彩虹。

他还表示，与早期截留光波粒子的实验不同的是，他们的此次实验不仅只减缓并截留了窄频带中的光，而是实现了整个频率域中光的截留。目前，赫斯的设计还只停留在理论阶段，要真正实现光的截留，科学家们就必须努力研发并使用纳米材质的"超材料"。

尽管这样一种材料听起来有些"科幻"，但奇异的"超材料"发现都是从一些看似不可思议的理论诞生出来的。比如，负折射率材料从提出到发现仅用了短短6个月的时间。赫斯希望相同的事情也可以发生在"捕获彩虹"上，尽管他认为首个实现的设备应该对应的是波长更长的红外光波或者微波，因为它们需要的波导尺寸更大，更容易制造。

掀起数据流和数据储存领域革命

欧特温-赫斯表示，一旦光可以被截留住，就将掀起数据流和数据储存领域的革命。目前，因特网在面临如何加速数据流方面能力有限，因为"过量的数据常常在同一时候抵达某些点"。假设数据是通过光子而非电子传输，那么根据赫斯的理论，就可以通过给光子设置限速，使某些频率的数据传输减速，以便其它数据通过。这样一来，就可以提高数据处理效率，使因特网具有更大的数据容量。由于光学装置天生就具有难以置信的高带宽，因此，截留光的方法使得光子可以被储存，从而芯片上可以储存海量数据。

科学家们早就知道，光的传播速度不是一成不变的，而是在不同的介质中有着不同的速度。光的最快速度只有在真空和物质稀薄的空间才能达到，例如在空气中；光在进入水或玻璃等介质后，由于折射传输速度会变慢，但在普通的光学材料里光速一般只会减慢到原来的几分之一，还是太快了。

慢化光速无论是从理论上还是从实际应用上均是意义非凡，而对计算机领域更是如此。使光子停止，操纵光子以便把信息输入光子，然后根据需要再将光子发往某地以及某时再发。这种可能性使人们看到了新一代计算机的曙光，可以预见它比目前计算机的功能要强大几千倍，这就是所谓的量子计算机。此外，利用它可开发将不可见的红外线转换为肉眼可识别的可见光的技术、减少通信系统中的噪音以及研制性能更好的视频显示和夜视装置等。

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