本報訊  冰塊像QQ糖一樣Q彈！近日，浙江大學光電學院教授童利民團隊把“不可能變成可能”，他們聯(lián)合來自交叉力學中心和美國加州大學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。相關研究結果在《科學》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，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要求很高，一時難以開展。”童利民說，2017年，隨著條件逐漸具備，團隊重啟這個項目。

　　在這項研究中，結構制備是關鍵的第一步。研究團隊自行搭建了生長裝置，在大量實驗基礎上，改進了已有的電場誘導冰晶制備方法，成功生長了直徑從800納米到10微米的高質量冰單晶微納光纖。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。”童利民說。為了探索冰微納光纖的力學性能，研究團隊發(fā)明了一套低溫微納操控和轉移技術，實現(xiàn)了液氮環(huán)境下微納結構的靈活、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)代光學儀器國家重點實驗室在光譜測量技術方面有很好的基礎�！惫�欣說。

　　更進一步，材料對光場的響應特性取決于其組成元素、分子結構及其排列方式。研究團隊預測，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。為了測試其光學特性，團隊利用其此前發(fā)明的近場耦合輸入技術，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，與目前高質量平面波導相當，這種光操控能力為微納光纖用于低溫光學導波與傳感提供了新的技術可能。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，相信該項研究結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。

　　本報記者 林潔 通訊員 柯溢能