如图所示的这种零折射率的材料由硅嵌入聚合物基质和金薄膜上制备而成——这种材料无相位超前，具有一种无限长波长的固定相。图片来源：哈佛大学。

电子产品发展于20世纪。21世纪的光子设备，使用光迅速地传输大量信息，在人们的现实生活中无处不在，甚至会取代今天的电子设备。但是，将光学设备连接到电信系统和电子计算机系统上还需要解决一个问题:人们需要在纳米尺度上更容易地进行光控制。

哈佛大学的工程和应用科学学院的研究人员John A. Paulson首次设计出折射率为零的超材料，并将其应用于芯片上，这意味着光可以无限快速地进行传播。

该新材料由 Eric Mazur实验室的Balkanski教授（物理学、应用物理和应用物理区域主任）负责，研究结果发表在《自然光子学》上。

Mazur说：“一般来说，光不能被挤压或操纵，但是这种超材料作为一个芯片，通过从宏观到微观纳米尺度上减少光束的直径，实现光的操作，包括光的挤压、弯曲和扭转。这是操纵光领域的一项非凡成就。”

虽然光的无限高速传播似乎打破了相对论的原理，但实际上并没有。宇宙中，没有什么物质可以比光更快速地携带信息进行传播——爱因斯坦仍然是正确的。但是，光还具有另一种速度，即波峰波长移动的快慢，也称为相速度。这种光速的增加或减少取决于光通过的材料。

当光线穿过水时，其相速度降低，这是因为它的波长受到挤压。一旦离开水，由于波长延长，光的相速度提高。光波经过材料后波长变化的比例称为折射率，折射率越高，材料干扰光传播波的能力越强。例如，水的折射率约为1.3。

当材料的折射率减少到零，就会发生奇怪和有趣的事。

零折射率材料不存在相位超前，光不再表现为移动的波（即在空间中移动的一系列波峰和波谷）。相反，零折射率材料形成一种常数波——所有波峰或波谷都具有无限长波长。波峰和波谷振荡只是时间的变量，而不是空间的变量。

这种常数波使得光线可以被拉伸、压缩、扭曲或旋转，同时又不会损失能量。零折射率材料作为芯片具有十分巨大的潜在应用，特别是在量子计算领域。

Mazur实验室的博士后Yang Li同时也是该论文的第一作者，他指出：“利用标准硅波导的集成光子电路具有低效率的光能量局限。这种零折射率超材料为受限制的电磁能量提供了一种解决方案，不管如何配制材料，这种材料都可以在不同的波导结构内部进行完整的传输。”

这种超材料由硅柱嵌入聚合物基质和金薄膜制备而成。它可以作为硅波导接口标准集成光子元件和芯片使用。

Mazur实验室的研究生和该研究报告的合著者Philip Munoz说：“在量子光学，无相位超前使得零折射率腔和波导中的量子发射器发出的光子总是处于同相位。同时，它还可以改善量子比特之间的阻碍，作为入射光波可以有效地分散和进行无限距离的传播，也能改善远距离的粒子阻碍。”

“该超材料为探索物理零折射率与集成光学及应用打开了大门。”Mazur说。

资讯来源:哈佛大学。

新材料在线编译整理——翻译：陈琼    校正：摩天轮