作者:SPIE·雷娜·保留 引力和光学行为的比较
信用:V
Smolyaninova等人
，doi 10
1117/1
美国联合通讯社(Associated Press)
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五
056001 超材料——为精确控制和操纵电磁波而设计的纳米工程结构——促成了隐形斗篷和超分辨率显微镜等创新
使用变换光学，这些新颖的设备通过操纵光在“光学时空”中的传播来操作，这可能不同于实际的物理时空
马里兰大学的伊戈尔·斯莫尔亚尼诺夫说:“超材料的一个更不寻常的应用是一个理论提议，即构建一个物理系统，在小尺度上展示两次物理行为
“最近，斯莫利亚尼诺夫和由维拉·斯莫利亚尼诺瓦领导的陶森大学的一组研究人员通过实验证明了铁流体基双曲超材料的二倍(2T)行为，从而实现了这个建议
观察到的2T行为有可能用于超快全光超计算
2T物理 常见的传统时空的三个空间维度和一个时间维度在2T物理学中找到了另一种范式，它有两个空间维度和两个时间维度
20世纪60年代，物理学家保罗·狄拉克和安德烈·萨哈罗夫通过理论研究和建模开创了2T时空，最近，斯莫利亚尼诺夫和普渡大学的叶夫根尼·纳里马诺夫对其进行了探索
他们的理论模型预测光波在双曲超材料中可能表现出2T行为
用于精确光控制的非线性双曲超材料 双曲超材料极其各向异性，在一个方向上表现得像金属，在正交方向上表现得像电介质
双曲超材料最初是为了改善光学成像而引入的，它展示了许多新现象，如极低的反射率、极高的热导率、高温超导性和有趣的引力理论类似物
Smolyaninov解释说，引力类似物是一个巧合的数学平行:描述光在双曲超材料中传播的数学方程也描述了粒子在物理或闵可夫斯基时空中的传播，其中一个空间坐标表现为“类时变量”
" Smolyaninov进一步解释说，非线性光学效应“弯曲”了这个平坦的闵可夫斯基时空，导致“非常光子之间的有效引力”
“根据斯莫尔亚尼诺夫的说法，在这样一个系统中对有效重力的实验观测应该能够观测到沿空间方向出现的时间引力箭头
这两个类时变量与传统的物理时间一起指导了双曲超材料中光场的演化
在没有外部磁场的情况下，钴纳米粒子随机分布在铁磁流体中，它们的磁矩(由红色箭头表示)没有优选的空间取向
施加外部磁场导致形成沿磁场方向排列的纳米柱(由纳米颗粒制成)
光在这种超材料中的传播由两个类时变量进行数学描述
实验几何示意图
用热像仪研究了CO2激光束在外DC磁场作用下通过铁磁流体的传播
插图显示了铁磁流体样品不存在时的测量光束形状
我们实验中使用的外磁场B的两个方向用绿色箭头表示
红色箭头表示激光偏振
信用:V
Smolyaninova等人
，doi 10
1117/1
美国联合通讯社(Associated Press)
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056001 直到最近，这个激动人心的领域的实验进展一直相对缓慢，这是由于与生产大体积三维非线性双曲超材料所必需的三维纳米制造技术相关的困难
研究小组开发了一种替代方法来制造大体积的三维非线性双曲超材料，这种方法利用磁性金属纳米粒子在受到外部磁场作用的铁磁流体中的自组装
Smolyaninov解释说:“由于CO2激光强光场中的非线性光学克尔效应，在铁磁流体中传播的光确实表现出明显的类似重力的效应，导致了时间重力箭头的出现
" 正如早期理论工作所预测的那样，实验观察到的自聚焦细丝的动力学确实可以用2T物理模型进行数学描述
超快全光超计算 根据斯莫利亚尼诺夫的说法，超快全光超计算包括将在给定时间内执行的计算映射到使用给定空间体积的双曲超材料执行的更快的计算——这种可能性是由观察到的2T行为实现的
Smolyaninov指出，超计算方案可能在时间敏感的应用中有用，例如实时计算、飞行控制或目标识别
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