近日，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所激光與紅外材料實(shí)驗(yàn)室研究人員基于石墨烯和二氧化釩，在太赫茲波段實(shí)現(xiàn)了吸收–透射可切換的多功能超構(gòu)表面，可用于多波段完美吸收器及太赫茲抗反射涂層。相關(guān)研究成果以Nanolayered VO2-based switchable terahertz metasurfaces as near-perfect absorbers and antireflection coatings為題發(fā)表在ACS Applied Nano Materials上。

超構(gòu)表面一經(jīng)提出就因其在亞波長(zhǎng)尺度操控電磁波的顯著能力受到廣泛關(guān)注。完美吸收和增強(qiáng)透射是調(diào)控電磁波振幅的兩種方法，然而，吸收、反射和透射之間的關(guān)系難以得到平衡，現(xiàn)有的超構(gòu)表面僅僅具備完美吸收或增強(qiáng)透射二者之一的功能來(lái)對(duì)電磁波振幅進(jìn)行調(diào)控，實(shí)現(xiàn)吸收–透射可切換的光學(xué)器件面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

該研究團(tuán)隊(duì)利用石墨烯的電可調(diào)性以及二氧化釩的相變特性，在太赫茲波段實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立可調(diào)完美吸收器和抗反射涂層于一體的可切換多功能超構(gòu)表面。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)二氧化釩為金屬態(tài)時(shí)，所提出的超構(gòu)表面可用作完美吸收器，并可通過(guò)調(diào)節(jié)石墨烯的費(fèi)米能級(jí)實(shí)現(xiàn)對(duì)4個(gè)吸收峰的獨(dú)立調(diào)控；當(dāng)二氧化釩為介質(zhì)態(tài)時(shí)，所提出的超構(gòu)表面可用作抗反射涂層，在6.2THz處實(shí)現(xiàn)抑制反射和增強(qiáng)透射，這在以往所提出的相關(guān)器件中均未實(shí)現(xiàn)。此外，研究利用多重反射干涉理論模型成功解釋了兩種功能器件的內(nèi)在物理機(jī)制，理論與試驗(yàn)結(jié)果相符合。該項(xiàng)研究成果不僅具有許多實(shí)際應(yīng)用（電磁隱身、空間調(diào)制器和濾波器），而且還為開發(fā)具有可切換功能的集成納米光子器件提供了新的途徑。左圖為多功能超構(gòu)表面的結(jié)構(gòu)示意圖。