當我們看鏡子時，反射圖像如同電磁光波，從鏡面上反彈並產生空間反射的常見現象。同理，聲波的空間反射形成回聲，將我們的話按照相同順序傳回給我們。六十多年來，科學家們一直在假設一種不同類型的波反射可能性，即時間反射。與空間反射相比，時間反射是波所經過的整個介質在所有空間時，突然改變其屬性。這種情況下，波的一部分在時間上被反轉，其頻率也發生了改變。
近日，紐約市立大學研究生中心物理學教授、紐約市立大學高級科學研究中心（ASRC）光子學計劃創始主任Andrea Alù團隊，通過實驗證明了電磁信號在定製超材料中的時間反射。在研究人員使用的超材料中，傳播寬帶信號的很大一部分出現了瞬間時間逆轉和頻率轉換。這種效果與傳統的回聲不同，因為信號的最後部分首先被反射。
（a）傳統的空間反射：人在照鏡子時看到自己的臉，或說話時回聲以相同順序傳回；（b）時間反射：人在照鏡子的時候看到自己的背影，看到不同的顏色。他們聽到自己的回聲以相反的順序出現，像倒帶一樣；（c）實現時間反射的實驗平台
從聲學上講，聽到的回聲與磁帶倒帶產生的聲音相似。研究人員證明，由於寬帶頻率轉換，時間反射信號的持續時間被拉長了。因此，如果光信號是可見的，它們的顏色會突然轉變，例如紅色會變成綠色，橙色會變成藍色，而黃色會出現紫色。
研究人員使用工程超材料進行實驗，將寬帶信號注入一條約6米長的彎曲金屬帶，並裝載了密集的電子開關陣列，連接到儲能電容。當所有的開關在同一時間觸發，沿線的阻抗突然均勻地增加了一倍。電磁特性的這種快速而巨大的變化產生了一個時間界面，測得的信號如實地攜帶了輸入信號的時間反轉副本。實驗證明有可能實現時間接口，產生有效的時間反轉和寬帶電磁波的頻率轉換。這一成就可為無線通信中的應用以及小型、低能量、基於波的計算機發展鋪平道路。
在以前的研究中，阻礙時間反射的關鍵因素是人們認為創建時間界面需要大量的能量，很難快速、均勻地改變介質屬性，並用足夠的對比度來反映電磁信號，因為它們的振盪速度非常快。研究人員創造了一種超材料，材料中的元素可以通過快速切換而突然增加或減少，無需改變主體材料的屬性。
研究生Shixiong Yin說：「到目前為止，超材料的奇異電磁特性是通過巧妙地結合許多空間接口而設計的。」因此，可以將時間界面混合，擴大操縱波的自由度。研究人員還創造了一種時間的諧振腔。這個腔體可以實現電磁信號的新形式過濾。
據悉，該研究為光子技術開闢了新的方向，也為加強和操縱波與物質的相互作用提供了新方法。
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