2020年5月21日
现代光学器件需要不断调整它们的光相互作用设置。为了达到这个目的，有各种各样的机械装置可以移动镜头、旋转反射镜和移动发射器。一个由ITMO大学和埃克塞特大学的工作人员组成的国际研究小组提出了一种新的超材料，可以在没有任何机械输入的情况下改变其光学特性。这种发展可能会显著改善复杂光学器件的可靠性，同时降低它们的制造成本。这项研究被刊登在2020年5月号的封面上视神经节．
近几十年来，物理学和材料科学的飞速发展给人类带来了广泛的材料选择。亚博网站下载亚博老虎机网登录如今，那些设计复杂设备的人不再受金属、木材、玻璃或矿物等传统材料的限制。亚博网站下载在这方面，所谓的超材料，在ITMO大学和其他地方的研究，打开了不可思亚博网站下载议的机会。由于其复杂的周期结构，它们与组分的性质相对独立。这种结构可以是体积的，也可以是平面的——在后者的情况下，它们被称为超表面。
“Metasurfaces允许我们在操纵光线时获得许多有趣的效果，”ITMO大学物理与工程系的高级研究员Ivan Sinev说。“但这些超表面有一个问题:当我们设计它们的结构时，它们如何与光相互作用就决定了。当我们为实际应用创造设备时，我们希望不仅能够在一开始就控制这些特性，而且在使用过程中也能做到。”
ITMO大学的研究人员在他们的研究中发现亚博网站下载，他们使用硅相变材料有着丰富的经验，他们与英国埃克塞特大学的同事们合作，他们在使用相变材料方面有很多经验。例如，在这些材料中，锗锑碲化物（GeSbTe）化合物经常用于DVD。
“我们已经做了计算，看看这种新的复合材料会是什么样子，”物理与工程系的博士生帕维尔·特罗菲莫夫说。“我们在两层硅之间嵌入了一层薄薄的GeSbTe。这有点像三明治:首先我们在空白衬底上涂上硅，然后再涂上一层相变材料，然后再涂上更多的硅。”
然后，利用电子束光刻的方法，科学家们将层状结构转化为超表面：一组微观磁盘，然后在实验室测试其操纵光线的能力。正如研究人员所预期的那样，将两种材料组合成一种复杂的周期性结构会产生一个重要的影响：在整个实验过程中，最终表面的透明度水平可能会发生变化。原因是近红外区域的硅盘有两个光学共振，使其能够强烈反射指向其表面的红外光束。GeSbTe层可以“关闭”两个共振中的一个，使圆盘在近红外区域对光几乎透明。亚博网站下载
相变材料有两种状态:一种是亚博网站下载晶体状态，其分子处于有序结构中，另一种是无定形状态。如果超材料中心的GeSbTe层处于结晶状态，则第二次共振将消失;如果它处于非晶态，圆盘将继续反射红外光束。
“为了在两种亚表面状态之间切换，我们使用了足够强大的脉冲激光，”帕维尔Trofimov解释道。“通过将激光聚焦在磁盘上，我们能够相对快速地进行切换。短激光脉冲将GeSbTe层加热到接近熔点，然后它迅速冷却并变成无定形。如果我们将其置于一系列短脉冲下，它冷却得更慢，稳定到结晶状态。”
这种新的超表面的特性可用于各种应用。这首先包括激光雷达的发明——一种通过发射红外脉冲和接收反射光束来扫描空间的设备。他们的创作原理也可以作为制作特殊超薄摄影镜头的基础，比如手机相机中的镜头。
资料来源：https://itmo.ru/ru/