Nature封面：百川东入海，天光共徘徊

成天软件海量科研管理资讯平台提供：01导读&背景 芳草萋萋，流水潺潺；茂密的树林深处，黄鹂的清啼宛转悠扬；大树下，一条条清澈的河水支流纵横交错，不知疲倦地奔向远方，令人心旷神怡……美丽壮观的河水支流是大自然对人类慷慨的馈赠，在风景名胜之地经常可以得见。 更普遍地讲，当波在某种介质中传播时，也会发生类似的情况：根据介质的结构不同，通过的波会发生不同的过程；它们可以衰减、分散、弯曲、扩散或继续流动，使得波的传播路径发生劈裂，变成像树枝一样的更小的支路，就叫做支流；之前人们已经观测到过不同波的支流，如电流支流、海河支流、声波支流等。最近，以色列理工学院和中央佛罗里达大学的科学家们借助简易的实验条件——激光和肥皂泡，首次观测到了激光支流。相关工作于7月1号发表在了Nature，并被选为封面论文。 据研究人员透露，本工作将会为光学和光流体学领域打开一扇全新的研究大门。 02创新研究 支流的产生需要满足一定的条件：如介质的结构必须是随机的；结构的空间变化需要大于支流的波长且必须均匀变化等。如果这些条件都满足，结构中微小的扰动就会导致流体分裂，产生支流。尽管上述现象是普遍存在的，但是在光学领域中却从来没有被观测到过。 本工作中，研究人员使用如图1(a)所示的实验装置观测到了激光支流。所采用的肥皂膜由夹在两层表面活性剂分子之间的一层非常薄的液体膜组成（图1(b)）。这种薄膜的厚度变化很大，从大约5纳米到几微米不等，厚度的变化也是我们看到肥皂泡五颜六色的根源（图1(c)）。事实证明，薄膜厚度的变化也能起到扰动作用，使气流中的光线偏转，导致光线劈裂成很多支流。 图1.(a)实验装置：使用532nm绿色激光照射肥皂膜，同时利用光学显微镜和CCD相机进行实时观察；(b)肥皂膜结示意图：两层表面活性剂分子之间的一层非常薄的液体膜即为研究的肥皂膜；(c) 薄膜折射率随厚度变化而变化，红色虚线表示本实验中的厚度变化范围。 图片来源：Nature 583, 60–65 (2020)（Fig1） 通过将一束激光照射到一个肥皂泡中，研究人员能够观察到光束穿过薄膜表面的方式。当他们用微弱的白光照亮薄膜时，可以清晰地看到厚度的变化（如图2所示，通过颜色的变化重构可得），厚度的变化使得光束劈裂，产生支流。 图2.(a-c)在RGB光照明下，由光从薄肥皂膜反射产生的真彩色干涉图案的实验显微镜图像；(d-f)利用(a-c)中的彩色干涉图进行数值重构得到的3D厚度图像。 图片来源：Nature 583, 60–65 (2020)（Fig1） 03总结 本工作的报道具有重大的科学价值。研究人员指出，薄膜增厚还可以在三维空间中出现支流（一种假设的现象，但从未在任何背景下观察到）。将薄膜制成各种曲面，可以研究弯曲空间中的支流性质，这种弯曲空间实验与广义相对论密切相关。 此外，使用气泡作为介质的想法对光流体学和基础生物学研究都有很大的启示：例如，本文中的实验装置可以用来研究光力如何影响支流，也可以用来探索生物膜与光学相关的性质。 当然了，如果感兴趣的话，你还可以把本工作中的实验视频循环播放，并收获一个很漂亮的电脑屏保程序。
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