麻省理工研发“光学瑞士军刀 ”可调谐“元表面”

发布:cyqdesign 2021-08-23 21:27 阅读:683
麻省理工工程师和同事们汇报了一种可调谐的元表面的重要新进展,即用纳米级结构图案的平面光学设备,他们将其比作一把瑞士军刀,而其被动的前辈可以被认为只是一种工具,相比前者的用途单调到就像一把平刃螺丝刀。这项工作的关键是该团队发现的一种透明材料,它能快速和可逆地改变其原子结构。 U(cV#@Y  
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"快速重组元表面的能力所开辟的应用是巨大的,"Yifei Zhang说,他是最近一期《自然-纳米技术》杂志上一篇报告最新进展的论文的第一作者。张是材料科学与工程系(DMSE)的一名研究生。"我们很兴奋,因为目前的工作克服了几个障碍,将这些元表面落实到现实世界的应用中。" ?oX.$E?(  
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在《自然-纳米技术》论文中,麻省理工学院的研究人员描述了使用电流来可逆地改变材料结构,从而改变新的超表面的光学特性。在过去,他们使用笨重的激光器或一个炉子来提供必要的热量。现在可以将整个有源光学装置与电开关一起集成到硅芯片上,形成一个小型化的光学平台。 (\<#fkeH  
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该团队还报告说使用该平台展示了一系列可调谐的光学功能,其中包括一个光束转向装置通过将材料切换到不同的[内部]结构,可以向一个方向和另一个方向发送光,来回切换。 J2W:Q  
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相变材料(PCMs)在热的作用下改变其结构。它们在商业上被用于可重写CD和DVD。一束激光改变了材料的局部结构,从无定形到结晶,这种变化可以用来编码1和0--数字信息。然而,传统的PCM在光学应用方面有局限性。首先,它们是不透明的。它们不会让光线通过。这促使研究人员发明了一种用于光学设备的新相变材料,它是透明的。今年早些时候团队报告说,在传统的PCM中加入另一种元素,硒的过程起到了作用。 ?tLBEoUmKT  
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这种由锗、硒、锑和碲(GSST)组成的新材料是新超表面的关键。反过来,元表面不仅仅是一层GSST薄膜,它是一层只有约半毫米见方的GSST薄膜,上面有大约10万个纳米级结构。而这些,反过来能够控制光的传播。 hI{M?LQd  
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这种可调谐的元表面,即即使名义上是'平的'或非常薄的表面也能调节光的反射,是非常有趣的。它们可以极大地减少透镜的体积,而透镜当然是用在所有操纵光线的地方。[麻省理工学院]使用低损耗的相变材料(即,它们吸收很少的光),为实现这一目标提供了真正的途径。 ~]_g q;bG  
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根据同一期《自然-纳米技术》的一篇关于麻省理工学院和斯坦福大学进展的"新闻与观点"文章,"这些工作在基于PCM的可调节元表面方面取得了突破"。然而,《新闻与观点》的作者强调,两种方法都有缺点。例如,他们的小型化光学平台中使用的加热器目前是由金属制成的。但"金属对光学来说是有问题的,因为它们会吸收光线,因此团队正在研究一种由硅制成的新加热器,它是透明的。"
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