可调超表面的最新进展：材料、设计和应用

       超表面是一种由平面超原子构成的2D形式的超材料，具有自由定制电磁（EM）波的奇异能力。在过去的十年中，人们付出了巨大的努力来开发各种活性材料并将其整合到实用的功能器件中，将可调超表面的研究推向了纳米光子学的前沿。这些活性材料包括相变材料、半导体、透明导电氧化物、铁电体、液晶、原子级薄材料等，并具有有趣的性能，如快速切换速度、大调制深度、超紧凑性，以及在外界刺激下的光学特性的显著反差。这种材料的集成为传统的无源纳米光子平台提供了显着的可调性。具有由各种外部刺激触发的多功能性的可调超表面在材料选择和器件设计方面带来了丰富的自由度，以按需动态操纵和控制电磁波。该领域最近随着物理学和设计方法的迅速发展而蓬勃发展，特别是那些由新兴机器学习算法辅助的方法。

       近日，新加坡材料研究院Ziyu Wang、Hong Liu和新加坡南洋理工大学Xiao Renshaw Wang团队简要回顾了过去十年的进展和成就，重点介绍了最近两三年的情况。首先简要介绍了物理和设计方法，活性材料的发展和应用。然后，讨论了可调谐超表面的调谐机制，如米氏共振、连续介质束缚态、零极子和电磁感应透明。此外，随着人工智能的快速发展，机器学习已被用于加速可调谐超表面的设计和发现。分析和讨论最近报道的基于机器学习算法的设计方法，如粒子群优化、遗传算法、神经网络等。接下来，详细讨论了活性材料的发展，根据其外部刺激将其分为三大类，即电可调材料、光学可调材料和其他刺激下的材料。随后，总结了动态光束聚焦、波前整形、光束控制和图像显示等主要应用。最后，对下一代可调谐超表面的未来方向和机遇提出了看法。相关研究发表在《ACS Nano》上。（徐锐）

      文章链接：O. A. M. Abdelraouf, Z. Wang, H. Liu, et al. Recent Advances in Tunable metasurfaces: Materials, Design, and Applications[J]. ACS Nano, 2022. https://doi.org/10.1021/acsnano.2c04628