metamaterial-cloaking

這是什麼？

🎯 模擬器提示

📚 術語表

Metamaterial

一種人工設計的複合材料，其電磁特性由其物理結構而不是化學成分決定，從而實現了天然材料不可能的行為。

Negative Refraction

電磁波沿著與法線折射相反的方向彎曲的現象，由 Victor Veselago 於 1967 年首次提出理論，需要同時具有負介電常數和磁導率。

Transformation Optics

一種數學框架，將所需的光軌跡映射到實現它們所需的材料屬性上，將光彎曲視為空間的座標變換。

Cloaking

透過在物體周圍引導電磁波而不散射或投射陰影來使物體無法被偵測到的過程，從而使該物體實際上不可見。

Split-Ring Resonator

超材料的關鍵組成部分：一對同心 C 形金屬環，可對特定頻率的電磁波產生磁響應。

Permittivity

材料在電場中儲存電能的能力；超材料可以實現負介電常數，從而能夠對電磁波傳播進行非凡的控制。

Permeability

材料對磁場的反應；同時實現負磁導率和負介電常數會產生隱形所需的左手材料。

Carpet Cloak

一種斗篷，透過使物體顯示為平坦地平面的一部分來隱藏平面上的物體，比完整的 3D 斗篷更容易製造。

Mantle Cloak

2012 年在 UT Austin 展示了一種薄而靈活的超材料表面，可以消除物體的電磁散射。

Broadband Cloaking

讓斗篷同時在多種頻率範圍內工作的挑戰是一個尚未解決的主要問題，因為超材料本質上是窄帶的。

Acoustic Cloaking

將隱身原理擴展到聲波，使物體能夠隱藏在聲納中或免受聲能的影響。

Superlens

一種超材料透鏡，可以解析小於光波長的細節，突破了Pendry在2000年提出的經典繞射極限。

Scattering Cross-Section

衡量物體偏轉或散射入射波程度的指標；完美的隱形技術將其減少到零。

🏆 關鍵人物

Sir John Pendry (1996-2006)

在 2006 年提出了實用的超材料設計，並與人合著了關於電磁隱身變換光學的基礎性 2006 年科學論文

David R. Smith (2000-2006)

建造了第一個負折射率超材料（2000 年，加州大學聖地亞哥分校），並領導團隊展示了第一個可工作的微波隱形斗篷（2006 年，杜克大學）

Ulf Leonhardt (2006)

在《Science》（2006）上獨立發表了光學共形隱身映射方法，補充了Pendry的變換光學方法

Victor Veselago (1967)

俄羅斯物理學家於 1967 年首次對同時具有負介電常數和磁導率的材料進行理論化，在實驗實現前 30 年奠定了概念基礎

David Schurig (2006)

作為博士後研究員，與史密斯和彭德里一起在杜克大學設計並建造了第一個實驗電磁斗篷

Andrea Alu (2012)

在德州大學奧斯汀分校開發了等離子體和地函隱身技術，展示了可以消除電磁散射的薄型柔性隱身衣

Steve Cummer (2006)

在杜克大學進行了首次全波電磁模擬，證實了隱身理論，同時也是聲學超材料的先驅

🎓 學習資源

Controlling Electromagnetic Fields
2006 年科學論文的基礎論文建立了隱身變換光學理論
Metamaterial Electromagnetic Cloak at Microwave Frequencies
2006 年《科學》雜誌論文展示了第一個可工作的隱形斗篷
Duke University - Beyond Materials
史密斯和彭德里杜克關於超材料研究的綜合故事
MIT Technology Review - Cloaking Breakthrough
超材料隱形技術的工作原理及其潛力的易於理解的概述

💬 給學習者的話

超材料隱形告訴我們，科幻小說和科學事實之間的界線比我們想像的還要薄。當彭德里和史密斯首次提出在物體周圍彎曲光線時，許多物理學家對此表示懷疑。然而幾個月之內，他們就有了一個工作原型。教訓？自然法則不會阻止隱形——它們只是要求我們足夠聰明來設計正確的結構。無論這項技術是雷達隱形飛機、透過地震隱身技術實現抗震建築，還是超越衍射極限的醫學成像，這一切都始於了解波如何與物質相互作用。