可調諧手征超表面電磁特性研究進展

王金金，朱邱豪，董建峰

寧波大學信息科學與工程學院，浙江 寧波 315211

1 引 言

超材料(Metamaterials,MTMs)是由亞波長金屬/介電微結構(例如，超原子)在空間中按照一定周期性或非周期性構造而成的人工材料，由于其特殊的操縱電磁波的能力，在過去幾十年里引起了人們強烈的研究興趣。為了克服結構復雜、尺寸龐大、損耗較大(尤其是在光學領域)、不利于實際應用的問題，人們提出由平面人工原子構成的超薄 MTMs— 超表面(metasurface)[1]。超表面在信息、通信、國防、能源、超分辨成像、全息顯示、傳感等領域具有廣闊的應用前景[2-3]，因此超表面成為了物理、材料、信息科學以及相關交叉學科的研究熱點。

手征(Chiral)是一個幾何上的概念，即一個物體缺乏對稱性，不能通過旋轉與其鏡像重合。近年來，由手征單元結構構成的手征超表面因其具有令人感興趣的性質，如圓二色性和旋光性[4]、不對稱傳輸[5]、負折射率[6]而引起了人們極大的研究熱情。這些手征超表面，具有比自然界中的手征材料高幾個數(shù)量級的旋光性和圓二色性等性質，而且負折射率性質不需要負磁導率和負介電常數(shù)就能達到。

目前，人們已經對手征超表面的手征光學性質進行了廣泛的研究，但隨著手征超表面研究的快速發(fā)展，人們逐漸認識到一般手征超表面在實際應用中缺乏可調諧性。因此，許多科學家一直致力于研究可調諧/可重構的手征超表面，可以在外部調諧時主動控制電磁波，如傳感[7]、太赫茲(THz)區(qū)域的圓二色性開關[8-9]、偏振器[10-11]、自旋解析探測器[12]等各種光子學器件。通過在手征超表面設計中加入可調諧材料如相變材料(phase-change materials，PCMs)、石墨烯、單層黑磷(BP)、液晶、透明導電氧化物、半導體、聚合物等，可以實現(xiàn)手征可調諧/可重構的超器件，其功能受外部激發(fā)控制。在可調諧介質手征超表面結構中，手征超表面電磁特性的調諧一般與介電共振相關[13]，由于加入可調諧材料的電磁效應不同，使得各種可調諧材料的有效電磁參數(shù)可以獨立地、任意地控制，使手征超表面可以表現(xiàn)出一些自然界無法實現(xiàn)的奇異特性，如負折射率調諧、圓二色性和旋光性調諧、不對稱傳輸特性調諧等。

手征特性可調諧這一特性也使得手征超表面在一定程度減少了某些超表面制作復雜、功能單一、帶寬窄的通病，也更利于集成芯片和實際應用。本文對利用相變材料(PCMs)、石墨烯、單層黑磷(BP)等新型材料來實現(xiàn)手征超表面的可調諧電磁特性，如負折射率、圓二色性和旋光性、不對稱傳輸?shù)淖钚卵芯窟M展進行綜述，最后給出了對于可調諧手征超表面未來發(fā)展的一些個人看法。

2 理論基礎

負折射性質指的是光波在介質表面發(fā)生折射時，折射波和入射光在法線的同一側。當任意一個線偏振光進入手征超表面時，就會被分解為左旋圓偏振(LCP)波和右旋圓偏振(RCP)波，這兩種波在手征介質中的折射率不同，導致透射波相比于入射波的偏振面發(fā)生旋轉，從而顯示出旋光性(optical activity，OA)，若左旋圓偏振波和右旋圓偏振波透過率不同，則顯示出圓二色性(circular dichroism，CD，用CCD表示)，RCP波和LCP 波的傳輸特性可以用瓊斯矩陣表示[14]：

其中：下標‘+’和‘-’分別表示RCP 和LCP 波，I為入射波振幅，T為透射波振幅。t++和t--表示RCP 和LCP波的傳輸系數(shù)，而t+-和t-+表示RCP 和LCP 波之間的轉換系數(shù)。旋光性和圓二色性分別由下面公式來表征：

不對稱傳輸則是指對某一偏振波來說前向傳輸和后向傳輸?shù)耐干渎什煌?，也可稱為圓轉換二色性(CCD)，可以用不對稱傳輸參數(shù)Δ表示：

常規(guī)的手征超表面一旦被制造出來，其電磁特性也隨之被固定，通過在手征超表面設計中加入可調諧材料可以實現(xiàn)電磁特性受外部激發(fā)控制的可調諧手征超表面，一些常見的外部激發(fā)類型是機械力、熱、光場、磁場和電場[13]。

3 負折射率可調

負折射率超表面由于其不尋常的電磁特性引起了廣泛關注，特別是可以通過金屬-介質-金屬(MDM)納米孔陣列結構獲得負折射，在2005 年首次提出將MDMs 嵌入納米孔陣列來實現(xiàn)負折射率[15]，是光學負折射率最早的例子之一，但是不具有可調性。由于相變材料在相變期間介電常數(shù)變化很大，并且相變可以通過熱誘導，加入相變材料成為調諧手征超表面負折射率特性的重要途徑。2013 年，Cao 等[16]提出并數(shù)值分析了相變材料(Ge2Sb1Te4)嵌入在MDM 中的橢圓納米孔陣列(ENAs)的可調光學特性，證明了利用Ge2Sb1Te4非晶和晶態(tài)之間切換使介電常數(shù)發(fā)生改變，可以在中紅外(M-IR)光譜區(qū)域獲得較大的負折射率可調性。這項工作所提出的結構也可以延申至整個可見光和紅外波段工作。

2018 年，Li 等[17]從理論上研究了一種在THz 區(qū)域具有負折射率(NRI)的熱可調諧寬帶超表面，如圖1(a)所示，通過調節(jié)溫度動態(tài)地調節(jié)InSb 的傳導率，實現(xiàn)了負折射率的連續(xù)寬帶可調諧。從圖1(b)可以看出THz 折射波(紅色箭頭線)和THz 入射波在表面法線的同一側，直接觀察到NRI 的行為。與Ge2Sb1Te4類似，VO2同樣能夠與手征超表面結合實現(xiàn)對負折射率的動態(tài)調控。Ling 等[18]提出了一種由對稱十字和熱敏VO2組成的超表面，相位和負折射等特性通過控制溫度表現(xiàn)出實時響應。同年，他們[19]還提出了一種由兩個鋁環(huán)和兩個光敏環(huán)形硅孔組成的光學可調諧負折射率超表面(NIM)，當硅的電導率增加時，NIMs 的傳輸由低通調諧到高通，NIMs 的負折射率表現(xiàn)為動態(tài)可調特性，如圖1(c)，1(d)所示。

除了上述熱調諧，通過電誘導調諧負折射率已廣泛用于可調諧手征超表面，其中石墨烯具有高導電性，性能優(yōu)異。2019 年，Luo 等[20]提出了一種基于石墨烯的THz 可調諧負折射率超表面，由金屬共振結構和嵌入石墨烯組成，通過調節(jié)嵌入石墨烯的化學勢，在相應的波段呈現(xiàn)動態(tài)負折射率，為可控負折射率材料的實際應用提供了一個經典案例。

2020 年，Iwai 等[21]通過實驗和理論計算了一種由等離子體陣列和負磁導超材料構成的可調諧雙負器件，通過控制等離子體管內的電子數(shù)密度來動態(tài)調節(jié)透射特性，實現(xiàn)了一種可調的負折射率器件。Sorathiya等[10]數(shù)值研究了一種基于有效負折射率的主動可調平方型石墨烯開環(huán)遠紅外光譜共振器，如圖2(a)所示。負折射率的調諧也是通過改變石墨烯的不同化學勢來控制的，而這種化學勢可以通過外部來控制，如圖2(b)所示，該結構在0.1 eV 到0.9 eV 的不同化學勢下，在1 THz 到2.5 THz 的頻率范圍內產生多個共振頻帶，在每一個諧振點上，都可以觀察到高的負折射率。

4 圓二色性和旋光性可調

圖1 (a) 楔形棱鏡的模擬結構[17]；(b) 楔形結構在兩種不同的頻率0.6 THz 和1.1 THz 處的電場分布；(c) 可調NIMs 的單元結構[19]；(d) NIMs 的負折射Fig.1 (a) The wedge-shaped prism simulation structure[17];(b) The electric field distributions of the wedge structure at two different frequencies of 0.6 THz and 1.1 THz;(c) Schematic illustration of a unit cellof the tunable NIMs[19];(d) The negative refraction of the NIMs

圖2 (a) 偏置結構石墨烯分裂環(huán)諧振器(GSRR)原理圖[10]；(b) GSRR 對TE 法向入射波的透射和反射偏振響應的示意圖Fig.2 (a) Schematic of graphene split ring resonator (GSRR) with biasing configuration[10];(b) Transmission and reflection polarization response of the GSRRs for the TE normal incidence wave

除了負折射率之外，手征超表面還具有很強的圓二色性和旋光性，現(xiàn)已廣泛應用于光學、分析化學和分子生物學等領域[22]。研究人員對圓二色性和旋光性可調的實現(xiàn)進行了大量的工作，提出并研究了幾種可調諧材料。

4.1 相變材料

通過使用相變材料設計結構單元是一個有效調諧圓二色性和旋光性的方法，而硫系相變材料鍺-銻-碲化合物(Ge-Sb-Te，GST)因為其光學性質在非晶態(tài)-晶態(tài)相變前后會經歷急劇的變化，而且具有極快的相變速度，因此基于GST 的超表面已經成為光子學和光電子學中的一個新興研究領域。2013 年，Cao 等[23]用數(shù)值模擬方法研究了具有希臘十字形共振器的金屬-介質GST225(Ge2Sb2Te5)-金屬手征超表面，隨后，他們[24]通過傾斜由橢圓納米孔陣列(ENA)組成的外在手征超表面，數(shù)值演示了一個多波段圓二色性(CD)調諧，如圖3(a)所示。當GST225 的狀態(tài)從非晶態(tài)轉變?yōu)榫B(tài)，CD 光譜可以在從近紅外(NIR)到中紅外(MIR)的大范圍內進行主動調諧，如圖3(b)所示，但這些都只是數(shù)值模擬的結果。2015 年，Yin 等[25]通過把GST326(Ge3Sb2Te6)夾在中間，用堆積的金屬納米棒構成兩種對應異構體構型，如圖3(c)所示。數(shù)值模擬并從實驗上證實了工作在中紅外區(qū)的第一個可調諧手征超表面，如圖3(d)所示。通過GST326 在非晶態(tài)(較亮的曲線)和晶態(tài)(較暗的曲線)之間變化引起的大折射率改變，透射率和CD 在4.1 μm～4.9 μm 光譜范圍內發(fā)生改變。

圖3 (a) 工作原理圖[24]；(b) θ=φ=45°時非晶態(tài)和晶態(tài)的CDtran光譜；(c) 主動可調手征的相變超材料[25]；(d) 模擬和測量的透射率和CD 光譜Fig.3 (a) Schematic of the operation concept[24];(b) The CDtranspectra for both amorphous and crystalline states under θ=φ=45°;(c) A phase transition metamaterial with actively adjustable chirality[25];(d) Simulated and measured transmittance and CD spectra

近年來，相變材料VO2被用于設計超表面全吸收器、熱開關、電光開關和THz 區(qū)域的圓二色性開關，2019 年，Mandal 等[9]提出了一種基于金屬和金屬-VO2雜化的新型手征結構，如圖4(a)所示，并利用時域有限差分(FDTD)對其進行了數(shù)值模擬，實現(xiàn)了可見光-近紅外波段的寬頻帶多共振圓二色性(CD)。2020 年，Gao 等[26]實驗和仿真了一種能夠實現(xiàn)可調手征的VO2嵌入超表面，具體地說，通過改變激光功率和超表面上的輻照位置，VO2在輻照區(qū)發(fā)生相變，并產生可調諧的圓二色性效應，如圖4(b)所示。

4.2 石墨烯

石墨烯是一種具有高導電性、寬帶電光特性和穩(wěn)定的耐化學性的材料，通過向石墨烯層施加外部電壓，可以調節(jié)石墨烯的費米能級，因此可以改變其光學性質。2016 年，Wang 等[27]利用石墨烯雙層分裂環(huán)(BSRs)產生可調圓二色性(CD)，CD 的調諧是通過不斷改變石墨烯的柵極電壓來改變石墨烯的費米能級而產生的，通過交換開環(huán)的柵極電壓，可以逆轉CD，如圖4(c)所示。

2017 年，Kim 等[28]通過實驗證明了一種電可調諧的手征超表面，如圖5(a)所示，在不改變LCP 傳輸?shù)那闆r下，通過改變施加的電壓可以顯著改變RCP 波和LCP 波的傳輸，獲得了高達45 dB 的大CD 值，如圖5(b)所示，但不可避免地存在高損耗問題。2018 年，Huang 等[29]數(shù)值研究了由一種新型電可調的可調諧超表面，由一層黃金開口環(huán)諧振器(SRR)和一層石墨烯光柵組成，如圖5(c)所示，通過改變石墨烯的費米能級，可以動態(tài)調整CD，最大CD 達到了13%左右，如圖5(d)所示。

圖4 (a) 平面手征匕首狀結構熱控制原理圖[9]；(b) 基于VO2的超表面原理圖[26]；(c) 模擬BSR 的CD 差異[27]Fig.4 (a) Schematic view of a planar chiral dagger-like structure with thermal control[9];(b) Schematic view of the VO2based metasurface[26];(c) Simulated difference of CD of the BSR[27]

圖5 (a) 單元結構[28]；(b) CD 和OA；(c) 手征超材料的三維示意圖[29]；(d) 具有不同費米能級的混合結構的CD 譜；(e) 石墨烯超表面示意圖[33]Fig.5 (a) Illustration of the unit cell[28];(b) CD and OA;(c) 3D schematic view of the chiral metamaterial[29];(d) CD spectra of the hybrid structure with different Fermi energies;(e) A schematic illustration of a graphene metasurface[33]

2019 年，Vila 等[30]研究了一個改進的Haldane 模型的光吸收偏振依賴關系，該模型在存在樣本邊界的情況下顯示出反手征邊緣模式，通過改變費米能級獨立調諧圓二色性。Zhou 等[31]用數(shù)值方法研究了石墨烯外在手征超表面在中紅外波段的可調。為了提高調諧帶寬，Yao 等[32]提出一種基于石墨烯超表面在太赫茲范圍內的動態(tài)可調透射極化轉換器，實現(xiàn)了帶寬為5.15 THz～ 5.52 THz 的左手圓偏振(LHCP)。

2020 年，Amin 等[33]提出了一種超薄石墨烯手征超表面，由石墨烯襯底上的周期性蝕刻的L 形空隙組成，襯底由導電平面支撐，如圖5(e)所示，線性或圓偏振入射波被不同比例的超表面有效吸收，呈現(xiàn)出半波片和四分之一波片的行為，特別地，由于石墨烯的折射率隨其化學勢的變化而變化，其線和圓二色性均可調諧。

4.3 其他可調諧材料

跟石墨烯一樣，黑磷(BP)也可以通過外部電壓來調諧。Hong 等[34]從理論和數(shù)值上表明，在不使用共振結構的情況下，可以在無圖案的單層黑磷(BP)中獲得較強的旋光性，可與之前報道的手征超表面相媲美。從圖6(a)，6(b)可知，在75°入射角下，當BP 的費米能級從n=2×1013cm-2增加到n=8×1013cm-2時，圓二色性從6.5%上升到14.7%。

2018 年，Lin 等[7]將單分子層WSe2與手征超表面結合，得到了超薄圓偏振器，如圖6(c)，6(d)所示，通過光子與手征超表面的耦合控制了單分子層WSe2光子的偏振態(tài)，可以增強和反轉手征，進一步微調CD，從-26%到+20%(-26.2%到+19.7%)，同時，WSe2原子層的光圓偏振度也提高了4 倍以上，為光學信息技術、芯片級生物傳感等領域的實際應用提供了一個平臺。隨后，Yin 等[35]從理論上提出了一種基于液晶的可重構手征超表面，如圖6(e)，6(f)所示，在共振位置的圓二向色性的幅度可以達到80%，手征超表面在開關模式下CD 可以動態(tài)重新配置。2019 年，Peng 等[36]數(shù)值演示了一種具有可調圓二色性的微流體自旋選擇性手征超表面，如圖7(a)所示，由類似于伽馬射線的多層納米結構周期性排列而成。借助微流控技術，可以實現(xiàn)手征超表面的圓二色性微調，圖7(b)所示數(shù)值結果表明，可以實現(xiàn)40 nm 的寬調諧范圍，CD 的幅度可以達到60%左右。

圖6 (a) 圓偏振波在直角坐標系中以斜入射方式入射到無圖案單層黑磷(BP)膜的示意圖[34]；(b) 圓二色性光譜；(c) 將CDPL作為手征超表面CDEXT的函數(shù)輸出；(d) 示意圖顯示了在不改變激發(fā)的CP 態(tài)情況下，通過MMs耦合操縱PL 極化[7]；(e) 手征超表面示意圖[35]；(f) LC 集成等離子體手征超表面在開、關條件下的模擬反射和CD 光譜Fig.6 (a) Schematic of circularly polarized waves impinge at a film of unpatterned monolayer black phosphorus (BP) at an oblique incidence in a Cartesian coordinate system[34];(b) Circular dichroism spectra;(c) Output CDPLas a function of the CDEXTof chiral metasurfaces;(d) Schematic diagrams indicate the manipulation of the PL polarization through the coupling to MMs without switching the CP state of the excitation[7];(e) Schematic of the chiral metasurface[35];(f) Simulated reflection and CD spectra of the LC-integrated plasmonic chiral metasurface at ‘ON’ and ‘OFF’ conditions

圖7 (a) 與微流體系統(tǒng)結合的手征超表面示意圖[36]；(b) 不同折射率混合溶液的CD 譜；(c) 手征超表面示意圖[39]；(d) 在不同折射率的情況下，SCMM-BLT 沿x 軸拉伸10%的OC 光譜Fig.7 (a) Schematic view of the chiral metasurface integrated with a microfluid system[36];(b) The CD spectrum as a function of the refractive index of the mixed solution;(c) Schematic view of the chiral metasurface[39];(d) OC spectra of SCMM-BLT stretched along x-axis at the level of 10% with different surrounding refractive index

通過機械力也可調諧手征超表面電磁響應，例如：kirigami 的圓極化轉換器[37]，可變形手性結構[38]，也可以在特殊襯底上設計納米天線陣列，最常見的襯底是聚二甲基硅氧烷(PDMS)。2020 年，Zhou 等[39]從理論上研究了PDMS 襯底上具有雙層L 形和T 形金圖案的可拉伸手征超表面的圓二色性(CD)，如圖7(c)，7(d)所示。由于等離子體雜交模式的激發(fā)，CD 效應發(fā)生，可以在中紅外區(qū)產生53.6%的大光學手性。通過拉伸PDMS，CD 的波段向更長的波長移動，證明了PDMS可以作為可調諧手征超表面的候選材料。除了上述材料，還有許多可調諧材料已被用于可調諧超表面器件，如：五氧化二釩鋰(LixV2O5)[40]、介電層[41-42]等，這些發(fā)現(xiàn)由于其簡潔的制作過程和良好的性能，在分析化學、成像、傳感和光譜學等領域具有廣泛的應用前景。

5 不對稱傳輸特性可調

通過手征超表面還可以實現(xiàn)不對稱傳輸?shù)目烧{，電磁波的不對稱傳輸在信息傳輸過程當中起著非常重要的作用，而經特殊設計的手征超表面則可使不對稱傳輸可調諧，極大地拓展了其在通信領域的應用前景。2015 年，Cao 等[43]用數(shù)值模擬方法分別研究了利用介質中間層GST225 和石墨烯實現(xiàn)中紅外區(qū)的圓轉換二色性(CCD)的超快調諧。2016 年，Zhao 等[44]用數(shù)值方法證明了圓偏振波通過具有G 形孔的石墨烯手征超表面在THz 區(qū)的不對稱傳輸可調，如圖8(a)所示，并隨石墨烯費米能級的變化而變化，當費米能級是0.6 eV時，在335 μm 處達到最大值6.8%，費米能級增加到0.8 eV，在305 μm 處最大值達到15.6%，如圖8(b)所示。在襯底存在的情況下，石墨烯薄膜的等離子共振移到更長的波長。

2017 年，Jiang 等[45]將簡單形狀的硅陣列與石墨烯片相結合，數(shù)值研究了中紅外區(qū)的高效不對稱傳輸可調，在12.68 THz 時，介質納米帶結構的非對稱參數(shù)達到了0.92，可調諧光譜的寬度(＞0.7 處)為1 100 nm，與之前報道的AT 相比，這是一個很大的進步。

2019 年，Shokati 等[46]提出了一種在THz 頻段可調的石墨烯手征超表面，如圖8(c)所示，采用有限積分法對結構進行了數(shù)值模擬，證明了圓轉換二色性(CCD)的可調，最高可達0.2，如圖8(d)所示。Zhou等[47]提出了一種基于雙層石墨烯基平面手征超表面的J 型結構來產生中紅外區(qū)的圓偏振波的不對稱傳輸，如圖8(e)，8(f)所示，雙層結構的非對稱透射率可達16.64%，遠高于單層結構。Zhao 等[48]采用時域有限差分(FDTD)方法，提出了一種三層金屬-石墨烯-金屬超表面，研究了三層金屬-石墨烯-金屬超表面的可控線性非對稱傳輸和完全極化轉換，如圖9(a)，9(b)所示，通過將石墨烯的費米能級從0.8 eV 改變?yōu)? eV，實現(xiàn)了不對稱傳輸和完全極化轉換的開關控制。

圖8 (a) 具有G 形孔的石墨烯手征超表面[44]；(b) 無襯底時相對與總透射的傳輸差；(c) 石墨烯手征超表面[46]；(d) 結構的正反傳播方向的圓轉換二色性(CCD)光譜示意圖；(e) 單層石墨烯平面手征超表面[47]；(f) 不同費米能級下非對稱透射與波長的關系Fig.8 (a) The graphene chiral metasurface with G-shaped holes[44];(b) The relative enantiomeric difference in the total transmission without a substrate;(c) Schematic view of the graphene chiral metasurface[46];(d) Circular conversion dichroism (CCD) spectra of the structure for forward and backward propagation directions;(e) The schematic diagram of the monolayer graphene-based planar chiral metasurface[47];(f) The relation between the asymmetric transmission and the wavelength under different fermi energies

圖9 (a) 混合金屬-石墨烯超表面單元示意圖[48]；(b) 不同費米能級石墨烯的不對稱傳輸參數(shù)；(c) 超表面三維視圖[52]；(d) 不同μc向前傳播的CCD 光譜；(e) 裝置原理圖[53]；(f) y 極化(實線)和x 極化波(虛線)的AT 參數(shù)Fig.9 (a) Schematic diagram of a unit cell of the proposed hybrid metal-graphene metasurface[48];(b) Asymmetric transmission parameters with different Fermi energies of graphene;(c) Three dimensional view of the metasurface array[52];(d) CCD spectra of the structure for forward propagation directions with different values of μc;(e) Schematic diagram of the device[53];(f) AT parameters of y-polarized (solid line) and x-polarized waves (dashed line)

同年，還有許多的不同種類的可調手征超表面被提出。Song 等[49]研究了一個分裂阿基米德螺線超表面，作為概念的證明，利用分裂螺旋結構的耦合，證明了雙頻非對稱傳輸在GHz 區(qū)域的存在，最大不對稱傳輸參數(shù)達到53%，利用微流控技術對分裂螺旋結構的高度進行控制，得到了帶寬為25.9%的寬帶非對稱傳輸調諧。Hajian 等[50]從理論上分析了六方氮化硼(hBN)/石墨烯/hBN 異質結構的不對稱傳輸特性，最高可達45%。同年，他們[51]還證明了用平面多層石墨烯-hBN 超材料可以產生超寬帶、高對比度的光的不對稱透射(AT)和不對稱吸收(AA)，中紅外區(qū)的AT 可達75%。

2020 年Asgari 等[52]研究了一種由拆分環(huán)陣列組成的新型 THz 頻段可調石墨烯手征超表面，如圖9(c)～9(d)所示，實現(xiàn)了圓轉換二向色性(CCD)可調，CCD 可達到0.36。Li 等從[53]理論上論證了一種由一層金屬結構和一層相變結構組成的超表面，在這兩層結構之間有聚酰亞胺間隔物，如圖9(e)，9(f)所示，通過改變電導率的值，實現(xiàn)了線不對稱傳輸參數(shù)0～0.63 大范圍的變化。

6 總結與展望

在本文中，我們簡要回顧了在可調諧手征超表面這個快速發(fā)展的光子領域中取得的主要成就，重點介紹了可調諧手征超表面的電磁特性，特別是與手征性相關的負折射率、圓二色性和旋光性、不對稱傳輸特性的調諧性質，但目前出現(xiàn)的一些可調諧手征超表面的設計，大部分是通過數(shù)值模擬和理論分析，實驗實現(xiàn)的很少。作為一個新興研究方向，可調諧手征超表面盡管在近年來取得了長足的發(fā)展，但仍然存在一些亟待解決的問題：1) 文中介紹的可調諧超表面大部分都有金屬層，也就是金屬和介質混合的超表面，而金屬在光頻段都有較大的內在歐姆損耗，利用金屬-介質超表面的器件存在效率低、帶寬小等問題，未來期望利用低損耗的新型可調諧材料，結合幾何(PB)相位的梯度超表面、Mie 共振超表面等，設計、制備結構簡單的全介質手征超表面光功能器件，更加深入地研究超表面光器件對各種偏振光的響應特性，如圓二色性、旋光性、不對稱傳輸?shù)龋瑢崿F(xiàn)結構簡單，高效的可調諧全介質多功能手征超表面光器件；2) 可調諧材料對超表面的電磁調諧通常借助于諧振模式的改變，由于調諧的帶寬受限于諧振的譜寬，通常較窄。因此，如何同時實現(xiàn)寬帶、高效的調諧值得做進一步的深入研究；3) 上述的可調諧手征超表面可以同時實現(xiàn)一個或兩個電磁特性的調諧，更多功能的集成還有待挖掘。相信未來隨著可調諧手征超表面的不斷深入研究，電磁特性不斷優(yōu)化，可以應用到更多領域，包括生物醫(yī)學傳感和成像、量子信號處理、激光和熱探測器等。