在可见频率下具有高对比度开关的电化学控制超表面

       有源功能（主动调节功能）是现代光学器件不可缺少的特性。在数码相机中，变焦镜头是动态改变焦距从而改变视角的关键部件。空间光调制器能够以快速、高对比度和完全可逆的方式处理动态图像。然而，这些最先进的光学设备往往体积庞大，难以小型化。最近在纳米光子学中，一类新的光学元件，超表面，迅速进入了人们的视野。通过在二维平面上布置亚波长天线，超表面对光的传播具有特殊的控制，实现了平坦、超薄和高度紧凑的光学系统。到目前为止，基于金属和电介质的超表面已经得到了不断的改进，表现出卓越的性能。然而，超表面的工作元件，即金属或电介质天线本身一般是静态的，一般需要通过化学转化以产生主动响应，也可以使用功能材料作为周围介质间接赋予超表面活性反应。天线的光学特性，包括共振位置、线宽和强度，可以随着外界刺激下周围介质的电子、机械、化学或结构变化而显著改变。

       在纳米光子学领域，被动超表面到主动超表面的发展不仅表现出有趣的物理现象，而且有利于实际应用。然而，由于纳米尺度上的设计和制造限制，在可见频率下工作的活性超表面通常表现出低性能。近日，德国斯图加特大学第二物理研究所、普朗克固体研究所的Na Liu教授和中国香港大学物理系的Jianfang Wang教授团队证明了电化学控制的超表面具有高强度对比度、快速开关速率和在可见频率下的优良可逆性。他们使用导电聚合物聚苯胺（PANI），它可以在预先选择的金纳米棒上进行局部共轭，以主动控制超表面的相分布。通过控制电化学过程中亚波长尺寸的聚苯胺生长，可以对超表面的光学响应进行原位监测和优化。该团队展示了具有良好开关性能的电化学控制反常传输和全息图。这种以电化学为动力的光学超表面为开发用于实际光学应用的超表面器件奠定了坚实的基础。相关研究发表在《Science Advance》上。（钟雨豪）

       文章链接：Kaissner, R. et al. Electrochemically controlled metasurfaces with high-contrast switching at visible frequencies. Science Advances 7, eabd9450. Doi:10.1126/sciadv.abd9450 (2021).