我國科學家在“電磁黑洞”研究上獲重要進展（圖）
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- 時間:2009-12-31 9:43:06 來源:科學時報
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電磁黑洞捕捉電磁波，引導電磁波螺旋式地行進，直至被吸收。
近日，在國家自然科學基金和“973”項目的資助下，東南大學教授崔鐵軍課題組在“電磁黑洞”的研究上又取得了重要進展。他們首次使用構建的實驗裝置模擬了微波頻段的“電磁黑洞”，并在微波頻段實驗驗證了普渡大學科學家提出的“光學黑洞”理論方案。
所謂黑洞，很容易讓人望文生義地想象成一個“大黑窟窿”，其實不然，黑洞一般被認為是引力場達到臨界狀態的某個區域，可吸收碰到甚至靠近它的一切物體，它的引力場是如此之強，就連光也不能逃脫出來。作為本世紀最具有挑戰性、也最讓人激動的天文學說之一，許多科學家正在為揭開黑洞的神秘面紗而辛勤工作著，新的理論也不斷地提出。
事實上，這種基于引力場的黑洞很難在實驗室里用實驗來模擬和驗證，但人們可以通過類比方法來研究它的部分性質。電磁黑洞就是其中之一。據悉，崔鐵軍小組所構建的這個人造電磁黑洞由諧振和非諧振型的新型人工電磁材料構成，通過應用電磁波在非均勻介質中的傳播軌跡來類比物質在引力場下彎曲空間中的運動軌跡，并以此模擬黑洞的部分特性。他們的實驗結果表明，電磁黑洞能夠全向捕捉電磁波，引導電磁波螺旋式地行進，直至被黑洞吸收。在微波頻段，黑洞對電磁波的吸收率可達到99%以上。
上述研究成果于物理在線預印網站arXiv.org公布后，立即受到了國際主流科技媒體的極大關注。英國的《自然》、《新科學家》，美國的《發現》、《科學美國人》、《MIT技術評論》、《物理科學》等刊物都對這項工作作了詳細報道，并邀請專家展開評論。新型人工電磁材料學科的創始人之一、倫敦帝國學院的Pendry博士在《科學美國人》的評論中認為，“這一新研究構建了吸收電磁波的全新方法，同時又可以控制電磁波的吸收輻射”。由于對電磁波的高效吸收性，電磁黑洞可望在電磁隱身等方面獲得重要應用。
崔鐵軍在實驗中所用到的新型人工電磁材料(Metamaterial，或稱超材料)，是指將具有特定幾何形狀的亞波長宏觀基本單元周期性或非周期性地排列所構成的人工材料。它與傳統材料的區別在于用宏觀尺寸單元代替了原來微觀尺寸的原子或分子。因此，新型人工電磁材料的特性取決于其基本單元結構。人們可以通過人為地設計單元結構來控制材料屬性，構成自然界不存在的特殊結構材料，進而控制電磁波的傳播。
崔鐵軍研究組關于新型人工電磁材料的研究一直受到國家自然科學基金的持續資助。在今年年初，崔鐵軍小組就與杜克大學史密斯教授研究小組合作，在“隱身大衣”研究上邁出了新的一步，他們利用新型人工電磁材料研制出具有頻帶寬、損耗小的微波頻段地面目標的隱身衣。這一研究成果發表在美國《科學》雜志上，崔鐵軍和史密斯是這篇論文的共同通信作者。他們研制的隱身大衣實際上更像一條“隱身地毯”，將它蓋在某個目標上，可以實現對這個目標的寬帶隱身。上述論文發表后，同樣引起了國際重要科技媒體的廣泛關注。
