上海光機所在可切換多功能超構(gòu)表面研究方面取得進展

近日，中國科學院上海光學精密機械研究所激光與紅外材料實驗室研究人員基于石墨烯和二氧化釩，在太赫茲波段實現(xiàn)了吸收–透射可切換的多功能超構(gòu)表面，可用于多波段完美吸收器及太赫茲抗反射涂層。相關(guān)研究成果以Nanolayered VO2-based switchable terahertz metasurfaces as near-perfect absorbers and antireflection coatings為題發(fā)表在ACS Applied Nano Materials上。

超構(gòu)表面一經(jīng)提出就因其在亞波長尺度操控電磁波的顯著能力受到廣泛關(guān)注。完美吸收和增強透射是調(diào)控電磁波振幅的兩種方法，然而，吸收、反射和透射之間的關(guān)系難以得到平衡，現(xiàn)有的超構(gòu)表面僅僅具備完美吸收或增強透射二者之一的功能來對電磁波振幅進行調(diào)控，實現(xiàn)吸收–透射可切換的光學器件面臨嚴峻挑戰(zhàn)。

該研究團隊利用石墨烯的電可調(diào)性以及二氧化釩的相變特性，在太赫茲波段實現(xiàn)了獨立可調(diào)完美吸收器和抗反射涂層于一體的可切換多功能超構(gòu)表面。研究發(fā)現(xiàn)，當二氧化釩為金屬態(tài)時，所提出的超構(gòu)表面可用作完美吸收器，并可通過調(diào)節(jié)石墨烯的費米能級實現(xiàn)對4個吸收峰的獨立調(diào)控；當二氧化釩為介質(zhì)態(tài)時，所提出的超構(gòu)表面可用作抗反射涂層，在6.2THz處實現(xiàn)抑制反射和增強透射，這在以往所提出的相關(guān)器件中均未實現(xiàn)。此外，研究利用多重反射干涉理論模型成功解釋了兩種功能器件的內(nèi)在物理機制，理論與試驗結(jié)果相符合。該項研究成果不僅具有許多實際應(yīng)用（電磁隱身、空間調(diào)制器和濾波器），而且還為開發(fā)具有可切換功能的集成納米光子器件提供了新的途徑。左圖為多功能超構(gòu)表面的結(jié)構(gòu)示意圖。