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<p>图A当电场平面与纳米棒一致时,电路并联连接宾夕法尼亚大学的研究人员通过用光替换电力推动电路向前通过移动到电磁波谱中的较短波长,他们相信它们可以让事情更小,更快,更高效,并创造了“集总”光学元件的第一次物理演示费城 - 21世纪的技术世界在很大程度上归功于电气工程的进步,特别是精细控制流动的能力使用越来越小而复杂的电路进行电荷虽然这些电气技术的进步仍在继续前进,但宾夕法尼亚大学的研究人员正以不同的方式推动电路向前发展,用光取代电力“看看上个世纪电子产品的成功我一直想知道为什么我们应该限制宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院电气与系统工程系教授Nader Engheta说:“如果我们在电磁波谱中移动更短的波长 - 就像光一样 - 我们可以把东西缩小,更快更有效“图B当电场平面穿过纳米棒和间隙时,电路串联连接不同的电子电路布置和组合具有不同的功能,从简单的灯开关到复杂的超级计算机这些电路都在电路元件的不同布置,如电阻器,电感器和电容器,以数学精确的方式操纵电路中的电子流,并且因为电路和光学器件遵循麦克斯韦方程 - 描述电磁场行为的基本公式 - Engheta建造电路的梦想带光的不仅仅是想象力的东西2005年,他和他的学生发表了一篇理论论文,概述了光学电路元件如何工作</p><p>亚硝酸硅纳米棒阵列的插图整个阵列长约半毫米现在,他他在宾夕法尼亚大学的团队实现了这一梦想,创造了“集总”光学电路元件的第一次物理演示</p><p>这代表了一个新兴的科学和工程领域的里程碑,Engheta称之为“metatronics”Engheta的研究,这是与成员一起进行的他的电气和系统工程部门的团队,Yong Sun,Brian Edwards和AndreaAlù,发表在Nature Materials In electronics杂志上,“集中”的名称指的是可被视为黑盒子的元素,对于完全可预测的输出的给定输入,而工程师不必担心每次他在元素内部究竟发生了什么或者她正在设计一个电路“光学一直有自己的元素类似物,像透镜,波导和光栅这样的东西,”Engheta说,“但它们永远不会混淆那些元素都比光的波长大得多,因为就是这样过去很容易建造对于电子产品而言,集总电路元件总是比工作波长小得多,这在无线电或微波频率范围内“纳米技术现在已经开启了集总光学电路元件的可能性,允许构建以纳米为单位测量尺寸的结构在本实验中,结构是由亚硝酸硅制成的矩形纳米棒的梳状阵列“metatronics”中的“meta”指的是超材料,这是纳米级图案和结构嵌入的相对较新的研究领域在材料允许他们以先前不可能的方式操纵波浪在这里,横截面的纳米棒和它们之间的间隙形成了复制电阻器,电感器和电容器功能的模式,三个最基本的电路元件,但是在光学波长中“如果我们在我们的曲目中有这些集总元件的光学版本,我们实际上可以设计类似于我们在电子产品中所做的设计,但现在用于光线操作,“Engheta说”我们可以建造一个带光的电路“在他们的实验中,研究人员用光信号照射纳米棒,中间的光波红外线范围 然后他们使用光谱学来测量波在通过梳子时使用具有九种不同宽度和高度组合的纳米棒重复实验,研究人员表明,光学电阻器,电感器改变了光学“电流”和光学“电压”</p><p>和电容器的参数对应于那些尺寸的差异“纳米棒的一部分充当电感器和电阻器,气隙充当电容器,”Engheta说除了改变纳米棒的尺寸和材料,这些光学电路的功能可以通过改变光的方向来改变,从而使变换电路能够接近传统电子设备中不可能的配置</p><p>这是因为光波具有极化;在波中振荡的电场在空间中具有可定义的方向在元电子学中,是电场相互作用并被元素改变,因此改变场的方向可以像重新布线电路当场的平面在与纳米棒一致,如图A所示,电路并联连接,电流同时通过元件当电场平面穿过纳米棒和间隙时,如图B所示,电路串联连接然后电流顺序通过元件“这个方向给我们两个不同的电路,这就是为什么我们称之为'立体声电路',”Engheta说:“我们甚至可以让波浪倾斜击中杆并获得我们不会的东西常规电子设备:既不是串联或并联的电路,而是两者的混合“通过构建纳米棒阵列,可以将这一原理提高到更高的复杂度在三维空间中撞击这种结构顶部的光学信号遇到的信号不同于信号击中其侧面的信号建立基础光学元件的成功,Engheta和他的团队为这种复杂的元电子学奠定了基础“成功的另一个原因在电子学方面,它与模块化有关,“他说”我们可以根据我们如何安排不同的电路元件来制作无限数量的电路,就像我们可以将字母表排列成不同的单词,句子和段落一样“我们现在正在工作关于更复杂的光学元件的设计,“Engheta说”我们正在寻求逐一建立这些新信件“这项工作部分由美国空军科学研究办公室支持AndreaAlù现在是一名助理教授德克萨斯大学奥斯汀分校资料来源:宾夕法尼亚大学图片: