南京日報(bào)訊：一輛從外部看起來完全沒有窗戶的汽車，里面的駕駛員卻可以毫無阻礙地看到車外的風(fēng)景；一間四面都被墻壁包圍的房子，當(dāng)里面的人向外看時(shí)，墻壁卻好像是透明玻璃一樣，透過它可以愜意欣賞墻外的風(fēng)景……近日，南京大學(xué)物理學(xué)院賴耘、彭茹雯和王牧合作團(tuán)隊(duì)的新發(fā)現(xiàn)有望實(shí)現(xiàn)上述科幻般的場景，他們設(shè)計(jì)出一種透明啞光表面，實(shí)現(xiàn)啞光外貌的同時(shí)保留了良好的透明性。這項(xiàng)研究成果在國際權(quán)威期刊《科學(xué)進(jìn)展》上發(fā)表。
這一科研成果的靈感，源于南京大學(xué)物理學(xué)院賴耘教授2018年的一次乘車經(jīng)歷。當(dāng)時(shí)強(qiáng)烈的眩光經(jīng)過前車的后窗玻璃反射，刺得他幾乎無法睜開眼睛。一個(gè)想法在賴耘腦海里閃現(xiàn)：能否在保證玻璃高透明性的同時(shí)盡量減少玻璃的鏡面反射率，從而消除眩光這種光污染呢？
在傳統(tǒng)光學(xué)中，一個(gè)歷史悠久的難題是透明性與啞光外貌之間的矛盾。比如常見的紙張、木頭、墻面，由于粗糙表面形成了漫反射，將光線向四面八方反射，雖然消除了倒影和眩光，但透明程度大幅下降。“若要解決這些問題，就要將透射跟反射分開調(diào)控，在盡可能保持透射的前提下消除鏡面反射。”賴耘告訴記者。
2021年，賴耘及其合作團(tuán)隊(duì)首次將光學(xué)互易性和空間反演對稱原理結(jié)合運(yùn)用，設(shè)計(jì)出無序翻轉(zhuǎn)超表面，由兩個(gè)結(jié)構(gòu)單元隨機(jī)翻轉(zhuǎn)排布組成，打破了透射光和反射光之間的關(guān)聯(lián)，既消除了反射倒影，又像透明玻璃一樣可以清晰地看見后面的物品。然而這種超表面的漫反射的效果是隨著光的頻率而變化，而且最小特征尺寸約為100納米，難以加工出正常尺寸大小并應(yīng)用到生活中。
為了克服上述難題，賴耘和團(tuán)隊(duì)繼續(xù)探索了3年，終于在今年取得了突破性進(jìn)展，他們利用工業(yè)級光刻技術(shù)制作出了直徑為10厘米的透明啞光表面。“透明啞光表面覆蓋上了兩層互補(bǔ)的隨機(jī)分布金屬反射片，金屬材質(zhì)選用生活中常用的鈦、鋁、金等，金屬片的厚度設(shè)置在25納米左右，橫向尺寸放大到900納米。”賴耘說，透明啞光表面仿佛為窗戶披上了一層金屬外衣，外側(cè)呈現(xiàn)出粗糙金屬的啞光材質(zhì)特點(diǎn)，內(nèi)側(cè)卻可以清晰看見外界，實(shí)現(xiàn)單向“隱形”效果。
如何能覆蓋到全頻率可見光？“若在這個(gè)表面上覆蓋薄層電介質(zhì)，介質(zhì)表面與金屬片會(huì)產(chǎn)生光的干涉效果，導(dǎo)致漫反射帶寬覆蓋了整個(gè)可見光波段。”賴耘說，實(shí)驗(yàn)結(jié)果出乎意料的好，具有該表面的玻璃，可以在整個(gè)可見光波段保持完美透明性的同時(shí)展現(xiàn)出如粗糙物體表面一般的啞光外貌，鏡面反射率約1%，僅占總反射率的幾十分之一。
論文中還展示了一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)：這種透明啞光表面的高清顯示和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)。透明啞光表面的漫反射類似于電影院的幕布功能，可變成高清透明顯示屏，攝像頭透過透明啞光表面獲取其后的物體圖像信息，通過圖像識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別出物體，再將物體的信息投影在透明啞光表面上，實(shí)現(xiàn)了一種簡單的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。
賴耘表示，這類新型的光學(xué)材料在隱形、成像和顯示等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，有望實(shí)現(xiàn)一系列前所未有的新應(yīng)用，基于具有啞光外貌的透明窗戶，可以更自由地設(shè)計(jì)車輛、房屋的外觀，實(shí)現(xiàn)“無窗”卻可透視的科幻場景；而結(jié)合投影技術(shù)，則有望用較低的成本實(shí)現(xiàn)大面積的動(dòng)態(tài)高清透明顯示，推動(dòng)車載顯示、櫥窗顯示、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等科技的發(fā)展。
（記者何潔實(shí)習(xí)生王凌云）
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