Nature：一種新型結構，使波能完美透過復雜介質

【導讀】

?無論是無線網絡連接減少、無線電信號減弱還是霧天環境中視線受限，在所有這些情況下，無序介質中的波散射會導致干擾模式，其復雜性似乎無法控制。也就是說波在無序介質中傳播時的散射是一系列應用的重要限制，其中包括電信、生物醫學成像、地震學和材料工程等領域。波前整形技術可以減少波散射的影響，即使在不透明介質中，也可以通過設計特定模式（稱為開放傳輸本征通道）來減少波散射的影響，通過該模式波穿過無序介質而沒有任何反向反射。?然而，由于這樣的通道非常稀缺，人們無法使用它們來渲染不透明的樣品，使其對任何入射光場都具有完美的透射率。

【成果掠影】

近日，法國雷恩大學Matthieu?Davy教授聯合奧地利維也納科技大學Stefan?Rotter教授展示了當在其前面放置定制的互補介質時，隨機無序的介質對所有入射光波都是半透明的。為此，彼此面對的兩個介質表面的反射矩陣需要滿足臨界耦合條件的矩陣推廣。并且在數值和實驗上實現了該協議，用于設計內部放置幾十個散射元件的電磁波導。這里介紹的半透明散射介質還有一個很有前途的特性，即能夠在其內部長時間存儲入射輻射。相關成果以“Anti-reflection?structure?for?perfect?transmission?through?complex?media”發表在Nature上。

【數據概況】

圖?1 概念說明 ??2022?Springer?Nature

圖?2 無序的完全傳輸波導 ??2022?Springer?Nature

圖?3 數值和實驗結果 ??2022?Springer?Nature

圖?4? 樣品中儲存的能量 ??2022?Springer?Nature

【成果啟示】

這項成果從理論上和實驗上證明，通過在無序介質前面放置優化的互補介質，可以使無序介質完全傳輸到所有入射波前。由于只需設計這種互補介質的反射矩陣，作者設想薄超表面也可以用于此目的，使定制和潛在的時間自適應增反射結構的創造成為可能，在無線通信、濾波、能量收集和成像領域的應用具有迷人的特性。從長遠來看，期望計算能力和微細加工的進步將使其方法適用于具有越來越多模態的系統。

參考文獻：Horodynski,?M.,?Kühmayer,?M.,?Ferise,?C.?et?al.?Anti-reflection?structure?for?perfect?transmission?through?complex?media.?Nature?607,?281–286?(2022).

https://doi.org/10.1038/s41586-022-04843-6