metamaterial-cloaking

这是什么？

🎯 模拟器提示

📚 术语表

Metamaterial

一种人工设计的复合材料，其电磁特性由其物理结构而不是化学成分决定，从而实现了天然材料不可能实现的行为。

Negative Refraction

电磁波沿与法线折射相反的方向弯曲的现象，由 Victor Veselago 于 1967 年首次提出理论，需要同时具有负介电常数和磁导率。

Transformation Optics

一种数学框架，将所需的光轨迹映射到实现它们所需的材料属性上，将光弯曲视为空间的坐标变换。

Cloaking

通过在物体周围引导电磁波而不散射或投射阴影来使物体无法被检测到的过程，从而使该物体实际上不可见。

Split-Ring Resonator

超材料的关键组成部分：一对同心 C 形金属环，可对特定频率的电磁波产生磁响应。

Permittivity

材料在电场中储存电能的能力；超材料可以实现负介电常数，从而能够对电磁波传播进行非凡的控制。

Permeability

材料对磁场的响应；同时实现负磁导率和负介电常数会产生隐形所需的左手材料。

Carpet Cloak

一种斗篷，通过使物体显示为平坦地平面的一部分来隐藏平面上的物体，比完整的 3D 斗篷更容易制造。

Mantle Cloak

2012 年在 UT Austin 展示了一种薄而灵活的超材料表面，可以消除物体的电磁散射。

Broadband Cloaking

让斗篷同时在多种频率范围内工作的挑战是一个尚未解决的主要问题，因为超材料本质上是窄带的。

Acoustic Cloaking

将隐身原理扩展到声波，使物体能够隐藏在声纳中或免受声能的影响。

Superlens

一种超材料透镜，可以解析小于光波长的细节，突破了Pendry在2000年提出的经典衍射极限。

Scattering Cross-Section

衡量物体偏转或散射入射波程度的指标；完美的隐形技术将其减少到零。

🏆 关键人物

Sir John Pendry (1996-2006)

在 2006 年提出了实用的超材料设计，并与人合着了关于电磁隐身变换光学的基础性 2006 年科学论文

David R. Smith (2000-2006)

建造了第一个负折射率超材料（2000 年，加州大学圣地亚哥分校），并领导团队展示了第一个可工作的微波隐形斗篷（2006 年，杜克大学）

Ulf Leonhardt (2006)

在《Science》（2006）上独立发表了光学共形隐身映射方法，补充了Pendry的变换光学方法

Victor Veselago (1967)

俄罗斯物理学家于 1967 年首次对同时具有负介电常数和磁导率的材料进行理论化，在实验实现前 30 年奠定了概念基础

David Schurig (2006)

作为博士后研究员，与史密斯和彭德里一起在杜克大学设计并建造了第一个实验性电磁斗篷

Andrea Alu (2012)

在德克萨斯大学奥斯汀分校开发了等离子体和地幔隐身技术，展示了可以消除电磁散射的薄型柔性隐身衣

Steve Cummer (2006)

在杜克大学进行了首次全波电磁模拟，证实了隐身理论，同时也是声学超材料的先驱

🎓 学习资源

Controlling Electromagnetic Fields
2006 年科学论文的基础论文建立了隐身变换光学理论
Metamaterial Electromagnetic Cloak at Microwave Frequencies
2006 年《科学》杂志论文展示了第一个可工作的隐形斗篷
Duke University - Beyond Materials
史密斯和彭德里杜克关于超材料研究的综合故事
MIT Technology Review - Cloaking Breakthrough
超材料隐形技术的工作原理及其潜力的易于理解的概述

💬 给学习者的话

超材料隐形告诉我们，科幻小说和科学事实之间的界限比我们想象的要薄。当彭德里和史密斯首次提出在物体周围弯曲光线时，许多物理学家对此表示怀疑。然而几个月之内，他们就有了一个工作原型。教训？自然法则并不阻止隐形——它们只是要求我们足够聪明来设计正确的结构。无论这项技术是雷达隐形飞机、通过地震隐身技术实现抗震建筑，还是超越衍射极限的医学成像，这一切都始于了解波如何与物质相互作用。