新型光學(xué)超材料可實(shí)現(xiàn)真正的單向透光玻璃，使太陽能電池板更高效！

傳統(tǒng)材料對電場和磁場的響應(yīng)，也就是對光的響應(yīng)，是由原子決定的。然而，在光學(xué)超材料中，原子被元原子所取代，元原子可以通過結(jié)構(gòu)設(shè)計而具有自然界中罕見的特性，從而使設(shè)計產(chǎn)生獨(dú)特的電磁響應(yīng)，并能在納米尺度上精確操縱光。經(jīng)過數(shù)十年的物理學(xué)理論研究，研究人員成功地利用傳統(tǒng)材料制造出了一種新型光學(xué)超材料。其增強(qiáng)的電磁效應(yīng)可能會使真正的單向玻璃成為現(xiàn)實(shí)，并使太陽能電池板更加高效。

在納米尺度上控制和操縱光的能力為超材料在各個領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了廣闊天地。現(xiàn)在，芬蘭阿爾托大學(xué)的研究人員創(chuàng)造出了一種新的光學(xué)超材料，它可能使真正的單向透光玻璃成為現(xiàn)實(shí)。

磁電（ME）效應(yīng)的最一般形式是指材料的磁性和電性之間的耦合。在光學(xué)頻率下，磁化對傳統(tǒng)材料的影響可以忽略不計，但使用超材料則可以增強(qiáng)這種影響，在超材料中，光的電分量可以誘導(dǎo)磁化，而磁分量可以產(chǎn)生偏振。

以往的研究表明，微波頻率的磁性很強(qiáng)，在這一頻譜范圍內(nèi)會產(chǎn)生明顯的超材料效應(yīng)。盡管經(jīng)過了二十年的理論研究，但直到現(xiàn)在，人們還很難實(shí)現(xiàn)在這一范圍之外工作的超材料。

這種新型超材料依賴于非互惠磁電效應(yīng)（NME）。非互易磁電效應(yīng)意味著材料的磁化和偏振特性與光或其他電磁波的不同成分相關(guān)聯(lián)。

"到目前為止，NME效應(yīng)還沒有實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)的工業(yè)應(yīng)用，"該研究的主要作者沙迪-薩法伊-賈茲（Shadi Safaei Jazi）說。"大多數(shù)提出的方法只能用于微波，而不能用于可見光，而且也無法用現(xiàn)有技術(shù)制造出來"。

研究人員利用現(xiàn)有技術(shù)和納米制造技術(shù)成功克服了這些問題，創(chuàng)造出一種三維光學(xué) NME 超材料，其單個元原子由傳統(tǒng)材料鈷和硅制成，可自發(fā)磁化。

這種新型超材料為那些原本需要強(qiáng)大外部磁場才能發(fā)揮作用的應(yīng)用鋪平了道路，例如真正的單向玻璃。目前所謂的"單向"玻璃實(shí)際上只是半透明的，光線可以從兩個方向穿過。當(dāng)兩側(cè)亮度不同時，它就像單向玻璃。然而，基于 NME 的單向玻璃不需要這種亮度差異，因為光線只能夠從一個方向穿過。

"想象一下，在你的房子、辦公室或汽車?yán)镉幸簧妊b有這種玻璃的窗戶，"Safaei 說。"無論外面的光線如何，人們都無法看到里面的任何東西，而你卻可以從窗戶欣賞到完美的景色。"

這種超材料還有可能阻擋現(xiàn)有太陽能電池向太陽輻射的熱輻射，從而降低其捕獲的能量，從而提高太陽能電池的效率。

這項研究發(fā)表在《自然通訊》雜志上。