相变天线和超表面的电调谐

       用于被动操纵光波前的超表面的发展在过去的十年中取得了巨大的进展。研究重点现在转向动态超表面，它为探索科学提供了新的应用和方向，因为它们不像静态元素那样受到相同的基本限制。创造能够动态改变其光散射行为的超表面像素，不仅需要使用共振结构来促进光物质的相互作用，而且还需要其共振行为的广泛可调性。操纵共振的有效方法是应用机械运动、电门控制来更改载流子浓度或诱导Stark效应、电化学、液晶和相变材料。表现出晶体和非晶态之间结构相变的材料具有特殊的前景，因为它们提供了在具有明显不同光学性质的非晶态和晶体态之间的高速电切换。它们的高折射率已经被用来制作紧凑的光学天线。具有非易失像素的超表面可以方便地编程所需的功能，并降低功耗，因为在任何外部刺激被移除后，像素仍保持在所需的状态。使用纳米级像素阵列的动态超表面降低功耗正成为未来的关键挑战之一，因为它将与密集集成的电子电路相媲美。

       近日，美国斯坦福大学先进材料Geballe实验室Mark L. Brongersma等人通过展示电控开关相变天线和超表面，在可见和近红外光谱范围内提供强大的，可逆的，非挥发的，多相转换和光谱调谐光散射超表面。实验的成功依赖于研究人员对天线元件进行了精心的热和光优化，天线元件包括一个银条，它同时充当电激子谐振器和一个微型加热台。科研人员表示，利用两个通道之间的破坏性干涉，该超表面在755 nm波长提供了超过四倍反射率的电调制。这项工作为创建广泛的具有可编程和主动波前操纵能力的动态随机访问的超表面提供了应用潜力。相关研究工作发表在《Nature Nanotechnology》上。（丁雷）

       文章链接：Yifei Wang et al, Electrical tuning of phase-change antennas and metasurfaces,Nature Nanotechnology(2021).https://doi.org/10.1038/s41565-021-00882-8.