本報訊  冰塊像QQ糖一樣Q彈！近日，浙江大學(xué)光電學(xué)院教授童利民團隊把“不可能變成可能”，他們聯(lián)合來自交叉力學(xué)中心和美國加州大學(xué)伯克利分校的合作者，發(fā)現(xiàn)生長成單晶微納光纖的冰，在性能上與玻璃光纖相似，既能夠靈活彎曲，又可以低損耗傳輸光。相關(guān)研究結(jié)果在《科學(xué)》雜志長文發(fā)表。

　　實際上，在地球及很多地外星球表面，冰或液態(tài)水是比制備玻璃光纖的沙子更普遍的物質(zhì)，童利民團隊提出能否用冰來制備光纖？在長達四年的研究中他們給出了肯定答案。

　　“這是一個令人好奇的、有趣的問題，大約八年前，我和我們研究團隊的郭欣老師就討論過這個想法，但由于所涉及的實驗條件和技術(shù)要求很高，一時難以開展�！蓖�利民說，2017年，隨著條件逐漸具備，團隊重啟這個項目。

　　在這項研究中，結(jié)構(gòu)制備是關(guān)鍵的第一步。研究團隊自行搭建了生長裝置，在大量實驗基礎(chǔ)上，改進了已有的電場誘導(dǎo)冰晶制備方法，成功生長了直徑從800納米到10微米的高質(zhì)量冰單晶微納光纖。在冷凍電鏡下，驗證了這些沿c軸生長的冰單晶微納光纖具有很好的直徑均勻性和表面光滑度。

　　“作為光纖，必須能夠自由彎曲，才會更有用�！蓖�利民說。為了探索冰微納光纖的力學(xué)性能，研究團隊發(fā)明了一套低溫微納操控和轉(zhuǎn)移技術(shù)，實現(xiàn)了液氮環(huán)境下微納結(jié)構(gòu)的靈活、精確操控。在零下150℃的冰微納光纖中，獲得了10.9%的彈性應(yīng)變，接近冰的理論彈性極限(遠高于此前報道的最高0.3%的應(yīng)變實驗值)，實現(xiàn)了冰微納光纖的靈活彎曲。

　　研究團隊發(fā)現(xiàn)，通過大應(yīng)變彎曲冰微納光纖，有可能為相變所需的高壓提供一種簡單的解決方案。“拉曼光譜是檢測相變最靈敏的方法之一，我們現(xiàn)代光學(xué)儀器國家重點實驗室在光譜測量技術(shù)方面有很好的基礎(chǔ)。”郭欣說。

　　更進一步，材料對光場的響應(yīng)特性取決于其組成元素、分子結(jié)構(gòu)及其排列方式。研究團隊預(yù)測，由H2O分子規(guī)則排列而成的冰單晶微納光纖，在光的操控方面具有潛在優(yōu)勢。為了測試其光學(xué)特性，團隊利用其此前發(fā)明的近場耦合輸入技術(shù)，在可見光波段實現(xiàn)了冰微納光纖的寬帶光傳輸，傳輸損耗低達0.2dB/cm，與目前高質(zhì)量平面波導(dǎo)相當，這種光操控能力為微納光纖用于低溫光學(xué)導(dǎo)波與傳感提供了新的技術(shù)可能。由于理想冰單晶在可見光波段具有極低的吸收和散射特性，進一步優(yōu)化制備和測試條件，將有可能在冰微納光纖實現(xiàn)超低損耗光傳輸。

　　童利民認為，對于冰這樣一種自然界中最普遍但又十分神奇的物質(zhì)，相信該項研究結(jié)果將拓展人們對冰的認知邊界，激發(fā)人們開展冰基光纖在光傳輸、光傳感、冰物理學(xué)等方面的研究，以及發(fā)展適用于特殊環(huán)境的微納尺度冰基技術(shù)。

　　本報記者 林潔 通訊員 柯溢能