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國研院自製環型線圈式超穎材料 研究成果榮登「Science」科學期刊

由國家實驗研究院儀器科技研究中心製作的環型線圈式超穎材料被刊載於近日即將出刊之全球著名的「科學」(Science) 期刊上,該篇論文是國家實驗研究院儀器科技研究中心主任暨台大物理系教授蔡定平博士,以及英國南安普敦大學Nikolay Zheludev教授等五人的合作研究成果,是有關環型線圈式超穎材料的研究,在國際上受到高度的重視。該研究團隊以極新穎的想法及精密的製作與測量技術,成功地研發出「環型線圈式超穎材料」(見圖一),以實驗明確地證明環型線圈式人工結構可以形成具高應用價值的超穎材料,開啟了人工超穎材料設計與製作(見圖二)的新契機。

一般的大自然材料由原子及分子組成,其天然的原子振盪之特性便決定了它的材料特性,然而由如同甜甜圈般的環型線圈之人造單元結構所組成的「環型線圈式超穎材料」,擁有十分實用的電磁場振盪與放大效應,猶如人造原子 (artificial atom) 般的環型線圈,可以充分地提供人為掌控超穎材料光電物理特性的條件。國家實驗研究院儀器科技研究中心目前正積極開拓將「環型線圈式超穎材料」應用於能源、環境與生醫醫療器材等儀器科技平台上。

超穎材料是近幾年剛興起且十分重要的一種新型材料,與傳統的材料最大的不同處,在於超穎材料的性質不是完全由材料本身的成分所決定,而是由其內部組成的人工結構所決定的。另外,超穎材料的主要特性是可以讓人輕易地用它來操控光或電磁波,以達成過去在人類文明中不可思議或無法達成的事,例如讓光或電磁波變頻、增強,變慢或轉彎等,可廣泛地應用在雷射製做、隱形遮蔽裝置、高增益天線、光通訊、光儲存、光學顯示器、光電感測器、智慧化太陽能管理、光電照明等,其應用研究近來相當吸引大家注意的有「隱形斗篷」(invisibility cloak)、「負折射」、「完美透鏡」,以及「超級透鏡」等。

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圖一:(a)為一個單位晶格的環形線圈式超穎材料。(b)為環形結構搭配導線陣列所形成的超穎材料。圖二:國研院自製環型線圈式超穎材料樣品,(a)由四個環線形成之單一環型線圈(簡化之甜甜圈)的人造單元結構。(b)由22列具有22個環型線圈單元所組成的484個環型線圈之「環型線圈式超穎材料」樣品。