隐身斗篷里的“超构乾坤”

张兴华

我们如何看待物体？

要知道隐身衣是如何隐形的，首先要了解人是如何看物体的。

光是电磁波，在空中传播。不同颜色的光对应不同波长的电磁波。人眼能看到的电磁波叫可见光，是一段波长范围很窄的电磁波。电磁波还包括其他不同波长的不可见射线，包括微波、红外线、紫外线、X射线和伽马射线。

我们看到物体主要是因为光在物体表面反射。人们看到反射的光，意识到这里有一个物体。

如果能够调控物体的反射光，使得观察者不能接收到反射光，那么对于观察者而言，这个物体就是隐身的。在很多场景下，人们是从固定的角度来观察物体，如果物体的反射光与其环境有很大差别的时候，人们能够通过反射光判断物体的形状和大小;当降低物体反射光与环境的反射光之间的差别，该物体就能实现隐身。

如果可以控制物体的反射光，使观察者无法接收到反射光，那么观察者就看不到该物体。在许多场景中，人们从一个固定的角度观察物体。如果一个物体的反射光与其环境有较大差异，人们可以通过反射光来判断物体的形状和大小。当物体的反射光和环境的反射光之间的差异减小时，物体可以变得不可见。

例如，光线照在鱼身上后，会产生反射，这些反射波传到我们的眼睛，就形成了我们所看见的小鱼的模样。既然如此，如果我们能控制光线从小鱼身边绕过去，那么就没有光的反射，小鱼也就会“看起来”消失不见！

比如光线照在鱼身上会反射，这些反射波会到达我们的眼睛，形成我们看到的小鱼的样子。在这种情况下，如果我们能控制光线绕过小鱼，那么就不会有光线的反射，小鱼就会“看”到消失！

超材料是如何实现隐身魔法的？

过去研究人员用相机和显示屏制作隐身衣，但只能在某个方向隐形，而且耗费大量能量，实用性不高。

超材料的发明使隐形斗篷成为可能。当我们把介质中微小的人造结构按顺序排列起来，就可以改变介质的宏观性质。由这些人工有序微结构组成的介质称为超结构。

那么，超构材料是如何实现隐身的呢？办法是在材料表面制备纳米尺度的金属天线。在有光照时，光能与金属的表面电磁波发生共振，这些耦合的表面波和电荷的振荡也被称为表面等离激元。这种振荡会造成入射光相位的急剧跳变，不同尺寸的天线实现对应不同相位的跳变，因而通过设计不同形状的天线在空间中的排布可以改变光线的路径，阻止光发生反射，从而达到隐身的效果。

那么，上层建筑是如何隐形的呢？该方法是在材料表面制备纳米级金属天线。当有光时，光能与金属的表面电磁波产生共振。这些耦合的表面波和电荷的振荡也被称为表面等离子体激元。这种振荡会造成入射光相位的急剧跳变，不同尺寸的天线会出现不同的相位跳变。因此，通过在空中设计不同形状天线的排列，可以改变光的路径，防止光的反射，从而达到隐身的效果。

给我一点上层建筑，给你一件隐身衣。

由于隐身衣的结构极其复杂，早期的研究主要集中在微波隐身上。随着超结构材料的出现，用于可见光波段的隐身斗篷终于被设计制造出来了。

被称为光学孤立斗篷的隐身斗篷可以在三维空间中将物体隐身起来。光学孤立斗篷可以将进入其中的电磁波偏转，引导光绕过需要被隐藏的区域，并让电磁波在离开斗篷区域的时候回到它们入射时候的取向，就好像没有任何反射发生过一样，让人们在任何角度观察这个区域的时候都看不到反射光。

这种隐形斗篷被称为光学隔离斗篷，可以隐藏三维物体空。光学斗篷可以使进入其中的电磁波发生偏转，引导光线绕过需要隐藏的区域，并使电磁波在离开斗篷区域时回到入射时的方位，就好像从来没有发生过反射一样，使人们在任何角度观察这个区域时都看不到反射光。

超结构材料可以产生传统光学器件无法实现的神奇光学特性，比如负折射率结构。这种结构可以在空中聚集发散的光线，可以在空气体中成像，无需介质承载。结合空之间定位等交互控制技术，可以实现空 air中人与图像的直接交互。该技术已应用于医院的非接触式自助挂号机和地铁的自助售票终端。或者患者看到屏幕显示悬浮在空气体中，无需触摸仪器，直接在空气体中点击即可挂号或购票。

超材料的研究是一门前沿的、实用的科学，它正朝着更薄、更轻、更宽的方向发展。在过去，隐形对于人类来说还是一个遥不可及的梦想。现在，梦想逐渐变成了现实。人类对未来的想象真的是科学进步的动力！