机电可重构光学纳米“剪纸”技术

       最先进的切割，折叠，弯曲和扭转平面物体成多用途的形状，称为 kirigami（剪纸）或origami（折纸，折纸不包括切割过程），最近出现了一种简单和自动化的三维(3D)制造方式。二维(2D)前驱体向复杂的三维结构的迷人转变使特殊的几何形状和功能得以实现，这引起了微电子机械系统(MEMS)、特殊力学、生物医学器件、声学材料、储能系统、微波超材料和太赫兹光谱等领域的巨大兴趣。特别是在微尺度/纳米尺度领域，kirigami/origami已经实现了巧妙的3D纳米制造，而不需要在传统的片上3D微制造中进行空间平移或多层堆叠。更重要的是，与介观结构的折纸相比，纳米尺度的折纸(又称纳米折纸)在激发光学共振方面是非常理想的，这为光学剪纸/折纸开辟了一条道路。例如，纳米kirigami和相关技术已被用于产生功能性光子纳米结构，如弹性广角光栅、Fano共振超材料、衍射超表面、环形超材料、可逆中红外开关、手性光学材料等。然而，传统的纳米Kirigami方法主要是基于悬浮发射膜、大跨度薄膜窗或弹性衬底，其中平台在大规模、均匀和可积的3D纳米制造中面临挑战，在现实世界的应用中很有价值。然而，在机电系统中，可重构单元的小型化和调制深度的提高（由空间位移决定）之间总是存在权衡，这将纳米光学机电系统的设计限制在只有少数选项（如超薄悬臂梁和膜），并使其对亚微米像素操纵具有很高的挑战性。

       近日，来自北京理工大学物理学院的李家方教授团队和中国科学院物理研究所的李俊杰教授团队与美国麻省理工学院的Nicholas X. Fang教授团队演示了一种具有光学功能的片上和机电可重构纳米Kirigami技术。纳米机电系统是建立在Au/SiO2/Si芯片上的，其中顶部悬浮金图案与底部硅衬底之间的静电力驱动三维纳米螺旋变换。采用柔性纳米基利加米设计，分别在可见光和近红外波长下演示了宽带非共振和窄带共振光学重构。通过将纳米Kirigami单元缩小到亚微米尺寸，实现了高对比度的谐振光学重构。在近红外波长下，亚微米纳米剪纸也实现了光螺旋度的片上调制。相关工作发表在《Nature communications》上。(郑江坡)

      文章链接： https://doi.org/10.1038/s41467-021-21565-x