Nature Commun：相变材料构建光学可调控超构表面

纳米技术

2022-03-31

相变材料具有较高的折射率对比度，非常快速但稳定的相变能力，因此相变材料为发展主动元光学（active metaoptic）提供一个具有非常强竞争力的方法。虽然相变功能的超构表面(Metasurface)得到快速发展，但是仍难以得到可以在效率、动态范围、速度和功耗等方面进行显著调控的整体解决方案。

有鉴于此，佐治亚理工学院Ali Adibi等报道发展了一种原位电力驱动的可调超构表面。使用相变材料Ge₂Sb₂Te₅ (GST)构建超构表面，在近红外光区间实现了非易失性、可逆、多级、快速和显著的光调制。

本文要点：

（1）

GST相变合金具有重复编程的功能，反射率达到了创记录的11倍变化，连续调节的波长区间达到250 nm，转换速率达到kHz。

通过高效电阻微加热器与光学智能超构表面集成构建了可扩展的异质结构体系，通过性能最高的对比度转变PCM超薄层搭建模态重叠结构，在进行多次可逆相变后，仍保持非常高的散射效率。

（2）

进一步的，作者在实验中展示了一种通过电能驱动进行可重构相变梯度超表面，将入射光束分散成不同衍射级。

本文工作展示了一种集成的动态超构表面，并且展示了超构表面在波束形成（beamforming）中的应用。

参考文献

Abdollahramezani, S., Hemmatyar, O., Taghinejad, M. et al. Electrically driven reprogrammable phase-change metasurface reaching 80% efficiency. Nat Commun 13, 1696 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-022-29374-6

https://www.nature.com/articles/s41467-022-29374-6