中國(guó)粉體網(wǎng)訊  最近，研究人員已經(jīng)證實(shí)，相位控制在裝置中是可以實(shí)現(xiàn)的，裝置比控制的光線波長(zhǎng)還要小。雖然搭建光相控陣天線是可行的，在控制嚴(yán)密的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，我們可以在常態(tài)環(huán)境中就可以做到；但是并不容易。如果想改變每一個(gè)陣列單元光束的相位和振幅，現(xiàn)在還無(wú)法做到。

改變光場(chǎng)的相位是相當(dāng)容易的事，只需要讓光跑遠(yuǎn)一點(diǎn)抵達(dá)目的地或者跑慢一點(diǎn)就行了。如果有什么裝置可以控制光相位的變化，裝置必須很長(zhǎng)：如果折射率的變化幅度很小，你只能延長(zhǎng)距離讓相位改變。在整個(gè)長(zhǎng)度上必須保持統(tǒng)一。

有一個(gè)方法更好：大幅調(diào)整折射率。為了達(dá)到目標(biāo)，光需要對(duì)電子形成強(qiáng)有力的反應(yīng)。也就是說我們要用到導(dǎo)體，比如鋁或者金。可惜的是光穿過金屬時(shí)會(huì)反射，或者被吸收。

只有一種情況例外，那就是光與金屬中的電子結(jié)合，形成表面等離子體。在這種情況下，光與電子運(yùn)動(dòng)結(jié)合在一起，形成緩慢移動(dòng)的波，它會(huì)沿著金屬表面前進(jìn)。

石墨烯就是單層碳原子排成蜂窩結(jié)構(gòu)。因?yàn)榇嬖谏鲜鎏魬?zhàn)，石墨烯可以發(fā)揮作用。石墨烯是導(dǎo)體，可以支持表面等離子體傳播。不過石墨烯并不是金屬，它實(shí)際上是一種半導(dǎo)體，像硅一樣。石墨烯與硅有一個(gè)不同的地方，那就是自由移動(dòng)的電子與受到原子限制的電子之間的能隙；石墨烯的能隙基本上等于零，而硅約為1伏特。

當(dāng)我們將電場(chǎng)應(yīng)用于石墨烯，額外能量會(huì)讓更多的電子變成導(dǎo)電狀態(tài)，這樣就可以提高等離子體的移動(dòng)速度。

要讓效果完全發(fā)揮出來，石墨烯不能受到外部世界的打擾。如果你只是在任意舊表面上覆蓋一層石墨烯，表面等離子體會(huì)幅射到表面內(nèi)，然后逃離出去。這樣一來，你想調(diào)節(jié)相位，但是找不到可以調(diào)節(jié)的東西。研究的關(guān)鍵正在于此：科學(xué)家找到了一種惰性基片（氮化硼），我們可以用基片將石墨烯封裝。成功將石墨烯裝進(jìn)氮化硼后，研究人員就可以生成表面等離子體，在移相裝置的整個(gè)長(zhǎng)度上傳輸時(shí)損耗很小。

最終結(jié)果顯示，裝置的長(zhǎng)度約為600nm，但是折射率介于80-160，允許入射光場(chǎng)移動(dòng)一個(gè)完全的周期（也就是相位調(diào)整360度）。

因?yàn)檠b置的“心臟”是石墨烯，光必須擁有更長(zhǎng)的波長(zhǎng)才能形成等離子體，所以我們這里說的是紅外光，不是可見光。自由空間中的光波波長(zhǎng)比整個(gè)移相裝置長(zhǎng)10倍，真是酷極了。

你可能會(huì)感到奇怪，既然裝置連一個(gè)波長(zhǎng)都不到，你如何完成360度相位轉(zhuǎn)移呢？答案是這樣的：裝置中的波長(zhǎng)是等離子體的波長(zhǎng)，而等離子體的波長(zhǎng)更短，所以你可以將多個(gè)波長(zhǎng)放進(jìn)移相器。因?yàn)檎凵渎式咏?00，波長(zhǎng)也就會(huì)減少100。這樣一來，整個(gè)裝置的長(zhǎng)度就會(huì)比等離子體的有效波長(zhǎng)長(zhǎng)很多。

這是一個(gè)關(guān)鍵的進(jìn)步，我們朝著沒有光纖的高容量光通信技術(shù)前進(jìn)了一大步。有了這種技術(shù)，5G之后的移動(dòng)通信、家庭Wi-Fi不會(huì)再卡了。