麻省理工學院的工程師和同事們匯報了一種可調(diào)諧的元表面的重要新進展，即用納米級結(jié)構(gòu)圖案的平面光學設(shè)備，他們將其比作一把瑞士軍刀，而其被動的前輩可以被認為只是一種工具，相比前者的用途單調(diào)到就像一把平刃螺絲刀。 這項工作的關(guān)鍵是該團隊發(fā)現(xiàn)的一種透明材料，它能快速和可逆地改變其原子結(jié)構(gòu)。

"快速重組元表面的能力所開辟的應(yīng)用是巨大的，"Yifei Zhang說，他是最近一期《自然-納米技術(shù)》雜志上一篇報告最新進展的論文的第一作者。張是材料科學與工程系(DMSE)的一名研究生。"我們很興奮，因為目前的工作克服了幾個障礙，將這些元表面落實到現(xiàn)實世界的應(yīng)用中。"

在《自然-納米技術(shù)》論文中，麻省理工學院的研究人員描述了使用電流來可逆地改變材料結(jié)構(gòu)，從而改變新的超表面的光學特性。在過去，他們使用笨重的激光器或一個爐子來提供必要的熱量?，F(xiàn)在可以將整個有源光學裝置與電開關(guān)一起集成到硅芯片上，形成一個小型化的光學平臺。

該團隊還報告說使用該平臺展示了一系列可調(diào)諧的光學功能，其中包括一個光束轉(zhuǎn)向裝置通過將材料切換到不同的[內(nèi)部]結(jié)構(gòu)，可以向一個方向和另一個方向發(fā)送光，來回切換。

相變材料(PCMs)在熱的作用下改變其結(jié)構(gòu)。它們在商業(yè)上被用于可重寫CD和DVD。一束激光改變了材料的局部結(jié)構(gòu)，從無定形到結(jié)晶，這種變化可以用來編碼1和0--數(shù)字信息。然而，傳統(tǒng)的PCM在光學應(yīng)用方面有局限性。首先，它們是不透明的。它們不會讓光線通過。這促使研究人員發(fā)明了一種用于光學設(shè)備的新相變材料，它是透明的。今年早些時候團隊報告說，在傳統(tǒng)的PCM中加入另一種元素，硒的過程起到了作用。

這種由鍺、硒、銻和碲(GSST)組成的新材料是新超表面的關(guān)鍵。反過來，元表面不僅僅是一層GSST薄膜，它是一層只有約半毫米見方的GSST薄膜，上面有大約10萬個納米級結(jié)構(gòu)。而這些，反過來能夠控制光的傳播。

這種可調(diào)諧的元表面，即即使名義上是'平的'或非常薄的表面也能調(diào)節(jié)光的反射，是非常有趣的。它們可以極大地減少透鏡的體積，而透鏡當然是用在所有操縱光線的地方。[麻省理工學院]使用低損耗的相變材料(即，它們吸收很少的光)，為實現(xiàn)這一目標提供了真正的途徑。

根據(jù)同一期《自然-納米技術(shù)》的一篇關(guān)于麻省理工學院和斯坦福大學進展的"新聞與觀點"文章，"這些工作在基于PCM的可調(diào)節(jié)元表面方面取得了突破"。然而，《新聞與觀點》的作者強調(diào)，兩種方法都有缺點。例如，他們的小型化光學平臺中使用的加熱器目前是由金屬制成的。但"金屬對光學來說是有問題的，因為它們會吸收光線，因此團隊正在研究一種由硅制成的新加熱器，它是透明的。"

關(guān)鍵詞： 麻省理工學院 瑞士軍刀 諧元表面