MHz频带中编码超表面的可重构磁近场分布

       超材料是一种具有特定性质（例如负磁导率或介电常数）的人工微结构，是实现磁近场调制的有效方法之一。为了进行调制，可以以周期性平面阵列的形式组织大量的单元，称为超表面。超表面不仅具有许多远场电磁应用，例如频率选择，窄带完美吸收，波前整形等，而且还显示出其在太赫兹和RF波段中进行近场控制的能力。超材料科学的发展催生了可调谐超材料，在此基础上，提出了一个称为“编码超材料”的分支。编码超材料是传统超材料和数字电子设备的结合，提高了超材料的灵活性，开拓了一个新的研究领域。它具有几种离散的工作状态，可以通过外部数字电压信号进行切换。与传统的超材料相比，编码超材料具有几个优点。首先，对超材料进行编码可以实现动态电磁调制，极大地提高了灵活性。其次，它具有与数字控制元件集成的便利，例如现场可编程门阵列（FPGA）。最后，编码超材料提供了物理与信息科学之间的桥梁。电磁调制效果可以从密码学，数据存储或计算科学的领域进行研究，这开辟了广阔的研究领域，对人工智能算法和机器学习具有重要意义。

       近年来，低频的近场电磁调制引起了研究人员的广泛关注。来自同济大学的李云辉，陈鸿研究小组理论上提出并通过实验验证了编码超表面可以实现可重构的磁近场分布。通过调节驱动超表面的谐振单元的数字电压信号，可以动态地控制谐振器的电容，从而可以实现对磁性近场分布的动态调制。特别地，这种磁近场控制可以借助耦合模式理论和相干叠加方法来解释。此外，采用模拟退火算法确定整个调制系统的工作频率，可以避免费时的频率扫描过程。实验结果与计算结果吻合良好。这项工作揭示了对磁性近场控制进行超表面编码的巨大潜力，并促进了超表面在众多集成功能设备中的使用。相关研究发表在杂志《Optics Express》上。(刘乐)

       文章链接：https://doi.org/10.1364/OE.424234