上海光机所在可切换多功能超构表面研究方面取得进展

近日，中国科学院上海光学精密机械研究所激光与红外材料实验室研究人员基于石墨烯和二氧化钒，在太赫兹波段实现了吸收–透射可切换的多功能超构表面，可用于多波段完美吸收器及太赫兹抗反射涂层。相关研究成果以Nanolayered VO2-based switchable terahertz metasurfaces as near-perfect absorbers and antireflection coatings为题发表在ACS Applied Nano Materials上。

超构表面一经提出就因其在亚波长尺度操控电磁波的显著能力受到广泛关注。完美吸收和增强透射是调控电磁波振幅的两种方法，然而，吸收、反射和透射之间的关系难以得到平衡，现有的超构表面仅仅具备完美吸收或增强透射二者之一的功能来对电磁波振幅进行调控，实现吸收–透射可切换的光学器件面临严峻挑战。

该研究团队利用石墨烯的电可调性以及二氧化钒的相变特性，在太赫兹波段实现了独立可调完美吸收器和抗反射涂层于一体的可切换多功能超构表面。研究发现，当二氧化钒为金属态时，所提出的超构表面可用作完美吸收器，并可通过调节石墨烯的费米能级实现对4个吸收峰的独立调控；当二氧化钒为介质态时，所提出的超构表面可用作抗反射涂层，在6.2THz处实现抑制反射和增强透射，这在以往所提出的相关器件中均未实现。此外，研究利用多重反射干涉理论模型成功解释了两种功能器件的内在物理机制，理论与试验结果相符合。该项研究成果不仅具有许多实际应用（电磁隐身、空间调制器和滤波器），而且还为开发具有可切换功能的集成纳米光子器件提供了新的途径。左图为多功能超构表面的结构示意图。