光线透过广阔的海洋，为一些海洋生物提供了天然的防护层，例如，甲壳类透明生物Cystisoma。由于Cystisoma除了一些必要的器官，如眼睛外，几乎全身都是透明的，它大大减少了散射面，使它能够避免被大多数捕食者发现。然而，由于某些捕食者眼睛具有特异能力，仍有少数捕食者能够利用交叉光谱视觉技术探测并成功攻击这类猎物。如果一个生物能够有效避开交叉光谱视觉技术，那么该种生物在海洋中生存的可能性将会更大。受这种生态关系的启发，一种同时集成长波隐身和短波透明性的跨波长隐身概念应运而生。这种人为地打破了上述生态关系，将透明的“猎物”隐藏在“捕食者”的跨光谱视野中，因此，这种隐身原理对实际隐身技术具有重要意义。例如，迄今为止只出现在科幻小说中的透明隐形飞机或飞行器可以在实验室中进行模拟。在这样的飞机或飞行器中，驾驶员可以自由地看到周围环境的动态，而不必担心被外部微波雷达系统探测到。
近日，吉林大学徐速联合浙江大学陈红胜以及清华大学孙洪波课题组在隐身技术方面取得重要进展。作为一种优越的自我保护手段，隐身技术一直是学术界和工业界长期关注的话题，因为它具有巨大的应用潜力，但这些应用目前只出现在科幻小说中。然而，由于材料固有的强色散性，使得跨波长隐身仍然是一个巨大挑战。受海洋动物之间的生态关系及其捕食者的跨波长探测的启发，本研究提出了多种隐身策略集成的跨波长隐身概念。作者主要通过纳米压印技术证明了长波隐身和短波透明性之间的关系。该工作将隐身技术的概念从单波长光谱的单个隐身战术扩展到针对跨波长应用的综合隐身技术，为跨波长集成元器件的发展铺平了道路。该工作以标题“Cross-wavelength invisibility integrated with various invisibility tactics” 发表于国际顶级学术期刊Science Advances上。
在本工作中所制作的隐身罩是完全透明的，从外面可以看到内部物体（即印有“吉林大学”字样的金属徽章）。这一现象表明，内部观察者可以自由地看到外面，与完全不透明的隐身罩相比，隐形隐身罩的可见尺寸明显减小。具有光学透明微波隐形隐身罩由两个超表面组成，它们印在柔软的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜上，并由弯曲的透明PET间隔棒隔离，在1 MHz下的相对介电常数为3.37。其中，PET薄膜的厚度为0.15mm，而间隔层的厚度为2.16mm（顶盖），1.8mm（侧壁）。内层超表面是一个完美的电导体（PEC）边界，并且外层超表面上的环形谐振器提供了适当的相位补偿和保幅效果。
值得注意的是，由于作者制作的隐身罩是基于亚表面的相位补偿型，它的特点在于可以重建反射波，使其与原始地平面反射的波相同，因此它不存在明显的高度问题和散射波的横向偏移。仅设计对单元进行微波隐身是不足以实现跨波长隐身的。一方面，产生适当相移和保持振幅响应的微波隐身结构需要具有超高导电性的材料，这种材料通常存在于均质金属中。另一方面，超结构应该呈现出极高的透射光强度，这就要求超低的光学传导性。为了满足光学透明微波隐身罩的材料要求，作者首先制备一种透明银网，以达到极高的导电率和超低的光学传导性。基于此，作者采用布尔超材料设计方法将这些用于单波段功能，并合并为一个完整的单元结构。通过这一过程，形成的宏观金属网络结构，这些金属丝具有极高的局部导电率，同时保持极低的整体光导率。
为了计算单个单元的振幅响应，作者定量研究了不同层电阻下的电位反射衰减。从结果可以看出，与隐身罩要求相匹配的薄片材料的电阻非常有限。当材料的薄片电阻超出这个范围时，系统中的欧姆损耗将衰减反射电磁波的振幅，并持续地恶化隐身效果。在实际中，有效的材料参数设计是非常具有挑战性的。例如，透明导电材料，例如铟锡氧化物、石墨烯和碳纳米线具有良好光学透明性，通常只有具有高于1欧姆/片的电阻。然而，发现当片电阻大于1欧姆/片时，这种超表面无法实现保幅。换言之，这种透明导电材料可能无法满足跨波长隐身方法的关键要求，尽管它们已被广泛用于微波吸收器和其他微波器件的屏蔽领域。为了避免不必要的欧姆损耗，因此，作者将金属丝的宽度限定在6 μm左右，能有效地降低欧姆损耗。
由于既要保证在微波尺度下大面积隐藏宏观物体，又要保证微米尺度的金属丝的高精度制作，因此作者选择了一种先进的纳米压印技术来实现光学透明的微波隐身罩。隐身罩外壳的反射光束分布与地面反射光束分布相同，这表明当隐身罩凸起时，反射光束可以恢复如初。为了与隐身罩和地面情况进行比较，分别采用了由透明PEC膜和铝膜制成的凸起面的反射光束分布。在这两种情况下，反射光束分为几个部分，其模式与地面情况完全不同。我们可以看到，在透明PEC的情况下，反射光束的分布几乎与铝膜块的情况相同，这表明金属网络具有极高的导电性。
在以往的控制电磁波手段的基础上，作者采用布尔超材料设计方法提供了多种隐身的可能方式。重要的是，该工作提供了一种采用跨波长集成隐身的方法。此外，在集成逻辑电路概念的启发下，该工作可以对不同功能需求的紧凑设计提供多种解决方案，从而为设计紧凑尺寸的多功能物理器件铺平道路。
Cross-wavelength invisibility integrated with various invisibility tactics, Science Advances, https://advances.sciencemag.org/content/6/39/eabb3755
来源：微算云平台
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