有洞的透明材料能否阻絕光線？答案通常是不行，然而法國科學家最近製作出一種新穎的網狀結構，幾乎能百分之百隔絕某特定波長的光線。這種違反直覺的網狀結構是間隔均勻的奈米棒(nanorod)陣列所構成，被稱為「光子奈米網」(photonic nanoweb)，可望用來製作新一代光學元件，例如濾光器以及光感測器。
理論學家幾年前已預測，規則排列的二維奈米棒陣列(類似繞射光柵)能完全反射某特定波長的光。最近，法國光電與奈米結構實驗室(Laboratory for Photonics and Nanostructures)的Stephane Collin等人以實驗證明了這項預測。該團隊的陣列是由約500 nm粗的獨立(freestanding)透明氮化矽奈米棒以3 μm的間隔單層排列而成，涵蓋僅15%的表面積。此二維陣列允許大部分的光線通過，唯獨波長為3.2 μm的紅外光幾乎被完全反射。
雖然此奈米網結構類似非常稀疏的繞射光柵，但其行為其實較接近晶體，而奈米棒的作用形同會散射光的單層原子。團隊成員Petru Ghenuche說明，入射光首先被各個奈米棒散射，接著部分散射光因照射到其他奈米棒而被再次散射。此多重散射過程中會產生建設性干涉，疊加後的散射波朝前後兩方向射出。朝前方射出的散射光因與穿透奈米棒的光發生破壞性干涉而相抵消，最後導致100%的光反射。
此效應與較為人所知的布拉格繞射(Bragg diffraction)相似，但布拉格繞射發生於三維結構中，並且需要大量晶格平面才能達到建設性干涉，然而此奈米網僅具有單一晶格面。
過去此類研究侷限在金屬奈米結構(如奈米金粒)的範疇中，原因是必須透過表面電漿子共振(surface plasmon resonance)來強烈吸收或散射光線。此研究證明利用週期排列的獨立電介質結構(如氮化矽奈米棒)，也能產生類似的強烈交互作用，而且研究人員只需改變奈米棒的週期間距及直徑大小，就能調制與光的交互作用，不像金屬奈米結構得受限於電漿子的頻率範圍。
該團隊短期的目標是將光的隔絕頻率移至可見光範圍，並且致力開發可應用於光感測的奈米網設計。詳見Phys. Rev. Lett. 109, 143903 (2012)。
原始網站: http://nano.nchc.org.tw/
譯者:劉家銘(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝