南京日報訊：一輛從外部看起來完全沒有窗戶的汽車，里面的駕駛員卻可以毫無阻礙地看到車外的風景；一間四面都被墻壁包圍的房子，當里面的人向外看時，墻壁卻好像是透明玻璃一樣，透過它可以愜意欣賞墻外的風景……近日，南京大學物理學院賴耘、彭茹雯和王牧合作團隊的新發現有望實現上述科幻般的場景，他們設計出一種透明啞光表面，實現啞光外貌的同時保留了良好的透明性。這項研究成果在國際權威期刊《科學進展》上發表。
這一科研成果的靈感，源于南京大學物理學院賴耘教授2018年的一次乘車經歷。當時強烈的眩光經過前車的后窗玻璃反射，刺得他幾乎無法睜開眼睛。一個想法在賴耘腦海里閃現：能否在保證玻璃高透明性的同時盡量減少玻璃的鏡面反射率，從而消除眩光這種光污染呢？
在傳統光學中，一個歷史悠久的難題是透明性與啞光外貌之間的矛盾。比如常見的紙張、木頭、墻面，由于粗糙表面形成了漫反射，將光線向四面八方反射，雖然消除了倒影和眩光，但透明程度大幅下降。“若要解決這些問題，就要將透射跟反射分開調控，在盡可能保持透射的前提下消除鏡面反射。”賴耘告訴記者。
2021年，賴耘及其合作團隊首次將光學互易性和空間反演對稱原理結合運用，設計出無序翻轉超表面，由兩個結構單元隨機翻轉排布組成，打破了透射光和反射光之間的關聯，既消除了反射倒影，又像透明玻璃一樣可以清晰地看見后面的物品。然而這種超表面的漫反射的效果是隨著光的頻率而變化，而且最小特征尺寸約為100納米，難以加工出正常尺寸大小并應用到生活中。
為了克服上述難題，賴耘和團隊繼續探索了3年，終于在今年取得了突破性進展，他們利用工業級光刻技術制作出了直徑為10厘米的透明啞光表面。“透明啞光表面覆蓋上了兩層互補的隨機分布金屬反射片，金屬材質選用生活中常用的鈦、鋁、金等，金屬片的厚度設置在25納米左右，橫向尺寸放大到900納米。”賴耘說，透明啞光表面仿佛為窗戶披上了一層金屬外衣，外側呈現出粗糙金屬的啞光材質特點，內側卻可以清晰看見外界，實現單向“隱形”效果。
如何能覆蓋到全頻率可見光？“若在這個表面上覆蓋薄層電介質，介質表面與金屬片會產生光的干涉效果，導致漫反射帶寬覆蓋了整個可見光波段。”賴耘說，實驗結果出乎意料的好，具有該表面的玻璃，可以在整個可見光波段保持完美透明性的同時展現出如粗糙物體表面一般的啞光外貌，鏡面反射率約1%，僅占總反射率的幾十分之一。
論文中還展示了一個有趣的實驗：這種透明啞光表面的高清顯示和增強現實技術。透明啞光表面的漫反射類似于電影院的幕布功能，可變成高清透明顯示屏，攝像頭透過透明啞光表面獲取其后的物體圖像信息，通過圖像識別系統識別出物體，再將物體的信息投影在透明啞光表面上，實現了一種簡單的增強現實應用。
賴耘表示，這類新型的光學材料在隱形、成像和顯示等領域有廣泛的應用前景，有望實現一系列前所未有的新應用，基于具有啞光外貌的透明窗戶，可以更自由地設計車輛、房屋的外觀，實現“無窗”卻可透視的科幻場景；而結合投影技術，則有望用較低的成本實現大面積的動態高清透明顯示，推動車載顯示、櫥窗顯示、增強現實等科技的發展。
（記者何潔實習生王凌云）
