一段冰柱可否呈现出堪比撑竿的弯曲程度？乍听之下不可能。在人们的常识中，冰是一种脆性的易碎物质，没有弹性、无法弯折。然而在微观尺度下，科学家打破了这一固有认识。
近日，浙江大学（以下简称浙大）光电科学与工程学院童利民教授团队联合浙大交叉力学中心和美国加州大学伯克利分校的科研人员，在-50℃环境中，制备出了高质量冰单晶微纳光纤。其既能够灵活弯曲，又可以低损耗传输光，在性能上与玻璃光纤相似。7月9日，相关研究成果发表于《科学》杂志。
低温下制备冰单晶
光纤作为一种将光约束和自由传输的功能结构，是目前光场操控最有效的工具之一。
本次研究中，团队自行搭建了生长装置，在大量实验基础上，改进了已有的电场诱导冰晶制备方法，即在低温高压电场中，加之一定的湿度条件，通过静电促使水分子朝电场方向运动，改变其无序的运动状态，从而诱发单晶生长。
“最终在-50℃的环境，团队成功制备出直径在800纳米到10微米的冰单晶微纳光纤。”浙江大学光电科学与工程学院教授童利民表示，团队在冷冻电镜下验证了这些冰单晶微纳光纤具有很好的直径均匀性和表面光滑度。
冰光纤具有潜在优势
“单是结构均匀、表面光滑还不够，若要尽可能适应场景需求，需要对冰微纳光纤的弹性应变性能进行充分探索。”童利民介绍，虽然学术界曾有理论计算预测过，理想情况下，冰的弹性应变极限有可能大于10%，但是真实冰晶中由于存在结构缺陷，能够达到的应变值远低于理论极限。
据介绍，将标准光纤直径减小到波长甚至亚波长量级，成为微纳光纤，提升或引入光场在空间约束、近场相互作用、表面增强、波导色散及光动量效应等方面的调控能力，在近场耦合、光学传感和量子光学等方面具有独特优势，是目前光纤领域前沿研究方向之一。
“由于理想冰单晶在可见光波段具有极低的吸收和散射特性，进一步优化制备和测试条件，将有可能在冰微纳光纤实现超低损耗光传输。”童利民认为，该项研究结果将拓展人们对冰的认知边界，激发人们开展冰基光纤在光传输、光传感、冰物理学等方面的研究，以及发展适用于特殊环境的微纳尺度冰基技术。（科技日报）
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