2013年，一种折射率为0的超材料的发现，引起了科学家们的兴趣，因为它具有独特的性质。该研究的第一作者、哈佛大学的
Eric Mazur说，当用光照射这种材料时，会产生奇妙的现象，比如说，直射入平板的光线只有当入射角刚好为90度时，才能穿过这种材料。Mazur说：
光线在材料内部建立起一种响应，材料内部的场与入射电磁场结合，也处于相同的相——与电影中的车轮有时看起来是静止的原理差不多，因为车轮转动的频率与电影播放的频率产生了相互作用。这种空间上的一致性，导致了无限波长和无限相速度的光。
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Illustration: Peter Allen/Harvard SEAS[/caption]
由于这种超材料内部的光的相位是相同的，看起来正弦场的波长被拉伸到无穷大了，相传播的速度极快。这两种性质使得人们可以用一种前所未有的方式，在光学芯片极小的空间内对光进行控制。它可以通过极其狭窄的通道或导波，或者绕过尖锐的角度而不损失能量。
最近，Mazur的哈佛团队与北京大学的研究者一起，在10月19日的《自然光学》（Nature Photonics）上
在线发表了一种折射率为零的集成超材料。
Mazur说，在芯片上集成这种超材料需要结合其他纳米技术。他和他的合作者创造了一种超材料层，在聚合物基体上嵌入硅柱制成，并在两面覆上金箔，在硅基板上沉淀得到。
这种零折射率的超材料层为未来的光学芯片铺平了道路。研究者，如果将零折射率的超材料放入用镜子制成的波导内，不管波导结构有多长、形状如何、怎样挤压、扭曲或弯曲，都能得到高效的传输效果，这是目前用其他普通波导无法得到的。
还有一个应用是非线性光学的相位匹配。非线性光学研究的是物质中与光强成非线性关系的现象。光信息处理需要若干光束彼此分别发生相互作用。Mazur说，两束光束只能通过非线性过程才能发生相互作用，并且只能在出射与入射光子的动量相匹配时才会发生。而零折射率的材料让这种过程变得相当容易，因为零折射率光的动量矢量也为零，这解开了纳米尺度非线性光学处理的一些限制。
还有一个可能的应用是光量子计算机，因为所有零折射率材料中的光源都会发生相位振荡。例如量子发光体，比如铒离子，有了这种材料，可以扩大它们发生纠缠的距离。
选自IEEE，作者Alexander Hellemans，机器之心编译出品。编译：汪汪。
