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(a) 常規(guī)空間反射：一個人在照鏡子時看到自己的臉，或者在說話時回聲以相同的順序返回。(b) 時間倒影：人在照鏡子時看到自己的背影，他們看到的自己是不同的顏色。他們以相反的順序聽到自己的回聲，類似于倒帶。(c) 用于實現(xiàn)時間反射的實驗平臺示意圖。控制信號（綠色）用于統(tǒng)一激活沿金屬帶狀線分布的一組開關(guān)。在關(guān)閉/打開開關(guān)時，這種特制超材料的電磁阻抗會突然降低/升高，導(dǎo)致寬帶前向傳播信號（藍色）部分時間反射（紅色），所有頻率都被轉(zhuǎn)換。圖片來源：《自然·物理學(xué)》

科技日報記者 張佳欣

60多年來，科學(xué)家們一直假設(shè)有可能觀測到一種不同形式的波反射，即所謂的時間反射。據(jù)最新一期《自然·物理學(xué)》雜志報道，美國紐約市立大學(xué)高級科學(xué)研究中心研究人員已將“時間反射”理論付諸實踐，觀察到電磁信號在定制的超材料中的時間反射，為其在整個電磁波段的操縱提供了第一個實驗證據(jù)。

當(dāng)人們照鏡子時，反射圖像是從鏡面反射的電磁光波產(chǎn)生的，這是一種被稱為空間反射的現(xiàn)象。同樣，聲波的空間反射形成回聲。此前，科學(xué)家們從未在電磁波中觀察到時間反射現(xiàn)象。原因是，材料的光學(xué)性質(zhì)不能以引起時間反射的速度和幅度輕易改變。

這一突破性實驗導(dǎo)致在超材料中傳輸?shù)南喈?dāng)大一部分寬帶信號瞬間被時間反轉(zhuǎn)和頻率轉(zhuǎn)換。這種效應(yīng)形成了一種奇怪的回聲，信號的最后一部分首先被反射。

研究人員表示：“如果你看著一面時間鏡子，你的倒影就會翻轉(zhuǎn)，你會看到你的背影，而不是你的臉。在這一觀察的聲學(xué)版本中，你會聽到類似于倒帶時發(fā)出的聲音。”

研究人員還證明，由于寬帶頻率轉(zhuǎn)換，時間反射信號的持續(xù)時間被延長。因此，如果眼睛可看到這些光信號，它們的所有顏色都會突然變化，這樣紅色就會變成綠色，橙色會變成藍色，黃色會變成紫色。

為了實現(xiàn)突破，研究人員使用了工程超材料。他們將寬帶信號注入一條大約6米長的蜿蜒金屬條中，印在一塊板上，上面裝載著連接到蓄電池電容器的密集電子開關(guān)陣列。然后，所有的開關(guān)同時被觸發(fā)，沿線的阻抗突然一致加倍。電磁特性的這種快速而巨大的變化產(chǎn)生了一個時間界面，測量信號攜帶了輸入信號的時間反轉(zhuǎn)副本。

該實驗證明了可實現(xiàn)時間接口，并產(chǎn)生高效的寬帶電磁波的時間反轉(zhuǎn)和頻率變換。這一成果可為無線通信應(yīng)用以及小型、低能耗、基于波的計算機開發(fā)鋪平了道路。

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