利用电子传输信号很快就将成为过去式。采用光快速传输大量信息的光子器件预计得以提升并取代我们目前日常使用的电子器件。然而，研究人员仍然需要确定如何有效的控制纳米尺度的光，然后才能将其集成到电脑和通信系统当中。

 

硅材料的结构

一项新的研究已经特别接近设计出第一片零折射率的芯片材料，使得光能够以无限快的速度传输。

哈佛大学（Harvard University）工程与应用科学学院（School of Engineering and Applied Sciences (SEAS)）Eric Mazur教授团队的该项研究是一项巨大的突破。

“光通常都不喜欢被挤压或操纵，但这种超材料可以操纵光从一个芯片到另一个芯片，挤压、弯曲、扭转、将光束直径从微米级压缩至纳米级。这是操纵光的一种显著的新方法。”

——Eric Mazur教授 - SEAS

以无限高的速度传输光最初看似打破了相对论，相对论认为光传输的速度约为300,000,000米/秒。这仍然是正确的，没有什么东西的速度能比真空中的光更快。

然而，光还有另外一个速度，即其波峰移动的速度，称为相速度。光的相速度与材料相关，即不同速度的光取决于其穿行的介质。

举个例子，光在水中传输时，相速度减小，波长被压缩。一旦光离开水面进入致密度更低的介质中，相速度得以提高，从而导致波长增大。

光在不同介质间传输时相速度变化幅度可以用一个比值来表示，即折射率。折射率越大表示相速度变化越大。

水的折射率为1.3，空气的折射率为1。这也就是当物质淹没于水中时产生奇怪视觉效果差异的原因所在。当折射率将到零时，将观察到很多非常不寻常的有趣现象。

零折射率材料当中的光不再表现为波，也就是光不再具有波峰和波谷，而是具有一个恒定的相位。

这种具有恒定相位的光可视为具有无限大波长的全波峰（或全波谷）。波长和波谷的振荡只与时间相关，而与空间无关。

这种光具有均匀相位使其可以被扭曲、旋转、挤压、拉伸，而不损耗光能量。将零折射率材料制成芯片对于某些应用，如量子计算子而言是非常理想的。

“标准硅波导当中光限制弱且低效，阻碍了光子电路的集成。

这种零折射率超材料为不同波导结构的电磁能约束提供了解决方案，因为其具有高内部相速度，可以实现全传输，无论材料如何构造。”

——Yang Li - SEAS

这种零折射率超材料由聚合物基质构成，在其中嵌入包有金薄膜的硅柱阵列。该芯片还可以耦合到硅波导当中，使其集成到已有的光电芯片上。

“在量子光学当中，相位超前的缺乏使得具有零折射率空腔或波导的量子发射器能够发射具有另一相位的光子。

它还可以提高量子比特之间的纠缠，由于入射光波被有效展开并无限延长，使得甚至是遥远的粒子也被纠缠”

——Philip Munoz - SEAS

这一研究发表于《自然·光子》（Nature Photonics）期刊上。

新材料在线编译整理——翻译：菠菜    校正：摩天轮