当我写下这段文字,我的鼻梁还因瓶底般厚的近视镜而受苦。不过,拯救它的骑士也许就在路上了。
哈佛大学的物理学家费德里科·卡帕索教授团队近日公布的一项研究成果可能将改变这“沉重”的现实:他们研发了一种比白纸还要薄的“超级透镜”,能够将图像放大170倍,其成像质量还能与当前最先进的光学成像系统旗鼓相当。
简直是“喜大普奔”!因为,我们望向这个世界的视线太沉重了!
发出这句感叹,倒不是因为我自带欲救万民于水火的“圣母”光环,而是因为如今从手里捧着的,到实验室用着的,还有头上戴着的,都实在太沉!别多想,不是心理感受上的沉重,就是单纯的——沉!
想想你被称为“大炮”的单反相机,实验室里能拿来当哑铃用的显微镜,还有最近为了装酷耍帅戴上的VR(虚拟现实)头盔,甚至是手中终日相伴的手机,还有我鼻梁上这副近视镜,那些让它们变为我们生命中不得不承受之重的,正是那些加工精密、还需镀膜的层层的、沉沉的透镜。
哈佛大学这项登上《科学》杂志封面的创造是怎样实现的呢?简单说来,往常需要堆叠多个打磨得很好的玻璃材质透镜,才能满足我们对成像质量的需要,但是哈佛大学的科学家拒绝了这种来自19世纪的“光荣传统”,而是把笨重的玻璃换成了高纵横比的二氧化钛纳米阵列,组成高数值孔径的金属透镜。
这个纳米阵列有些类似《超能陆战队》中大反派控制的小金属块机器人,只不过形状更像砖头。每块“纳米砖”的高度大约600纳米,也就是0.0006毫米,在肉眼看来,就跟一个毫无立体感的平面没有太大区别。
然后,科学家们就在实验室中开启了一次高级的“搬砖”之旅。他们利用当前最好的纳米级高分辨率图形制作技术和原子层沉积技术,让这些二氧化钛金属砖块按照他们的需要,在一块薄玻璃上列队站好。砖块的排列方向并非横平竖直,但这不影响它们的排布呈现出了一种充满科技感的规律美。
然后你便可以像使用任何一个传统透镜那样去使用这种超材料了。它能将光线聚焦到一个直径小于光波长的点上,并与光子愉快地玩耍。这意味着,它具有极强的聚焦能力,从而保证了图像的高分辨率符合人们的生活和研究需要。
这可不是空口无凭。哈佛团队测试了被调整到红色、绿色和紫色光线的三种镜头,与拥有着近似光学性质的尼康显微镜相比,每种都在聚焦光线上交出了更优的答卷。要知道,这种超材料镜头要比尼康的镜头薄上10万倍!
除成像质量上乘、本身重量轻盈之外,更让离不开各种“镜”的我们欢欣雀跃的是,卡帕索教授说,“这项技术的革命性在于它可在可见光谱范围内工作,这意味着它有可能取代当今各种设备中的镜头,从显微镜到照相机和手机。”
所以,在它能够被广泛应用的未来里,我们观察世界的多种视线都将变得更加轻松。试想,当你生活中的相机、手机、眼镜,都用上了这样的超级透镜,它可以轻得让你几乎感受不到负担,小到就像你的黑色瞳仁。你能看到洋葱的细胞,也能望向遥远的星辰,而你仅仅是戴上了这种超材料纳米砖做成的隐形眼镜!
细心的你可能会有些怀疑这个打了“鸡血”的未来展望者,“在它能被广泛应用的未来”到底还有多远?毕竟你见惯了那些在实验室里让未来显得无限炫酷,但是只要走出实验室就死路一条的研究成果。通常让这些成果走不出实验室的罪魁祸首,就是他们所使用的技术和材料,实在太昂贵。
不过这次,卡帕索教授可能要让你默默地再把“鸡血”打进去。因为早在选择原材料和技术时,团队便考虑到了这一点。纳米阵列说来唬人,但组成它的二氧化钛其实是一种价格低廉、广泛使用的工业材料;纳米技术听来了不得,但科学家们所使用的,其实是如今标准的计算机芯片制造技术。
“在不久的将来,现在那些生产微处理器和内存芯片的工厂,将有希望以低成本大规模生产这种超级镜头。” 卡帕索教授对此颇有信心。
我也愿意再打进这管“鸡血”。尽管我写完这段文字时,鼻梁上还架着“瓶子底”,但是我很乐意展望,这些“搬砖”的科学家,正在努力地排布着“纳米砖”,在解救我鼻梁的路上快马加鞭呢。
胡宁