近期，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)室研究員張龍、研究員董紅星領(lǐng)銜的微結(jié)構(gòu)光物理研究團(tuán)隊(duì)與復(fù)旦大學(xué)研究人員合作，在大規(guī)模寬帶可調(diào)諧電磁吸波器方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果作為前封面文章發(fā)表于[Nanoscale, 12, 5374 (2020)]。

超材料電磁吸波器因其超薄尺寸、高吸收效率以及工作范圍高度可控等優(yōu)點(diǎn)在成像、太陽(yáng)能電池、傳感等領(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用前景。相比于傳統(tǒng)吸波材料，超材料吸波器厚度可以達(dá)十分之一波長(zhǎng)甚至更小，非常適用于微型集成光電系統(tǒng)。而其強(qiáng)烈的頻率選擇特性，使其在傳統(tǒng)吸波材料無(wú)法實(shí)現(xiàn)的領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。然而，現(xiàn)有大部分超材料設(shè)計(jì)伴隨著窄帶寬、工作頻率固定、加工工藝昂貴等缺陷，極大地制約了其工業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。

該項(xiàng)研究中，研究人員利用自組裝方式制備的厘米尺寸氧化鋁周期納米孔結(jié)構(gòu)作為掩膜，實(shí)現(xiàn)了尺寸為1.5×1.5cm²的Al納米顆粒陣列。通過(guò)設(shè)計(jì)利用單結(jié)構(gòu)金屬納米顆粒局域等離子體共振與腔法布里-珀羅干涉（FP） 共振吸收峰疊加的方式，成功實(shí)現(xiàn)了可見(jiàn)到近紅外波段>80%寬帶高效吸收。相變材料鍺銻碲（GST）被設(shè)計(jì)作為可調(diào)媒質(zhì)材料，通過(guò)溫度控制GST折射率變化，實(shí)現(xiàn)了多梯度溫度可控的光功能結(jié)構(gòu)。此外，研究團(tuán)隊(duì)還通過(guò)有限元仿真對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬，仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果很好地吻合，這對(duì)相關(guān)物理機(jī)制的分析驗(yàn)證以及進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)探索提供了很好的指導(dǎo)。相較于以往超材料吸波結(jié)構(gòu)的工作，該研究首次同時(shí)解決了帶寬、可調(diào)性及大規(guī)模制備方案等阻礙超材料發(fā)展的難題，未來(lái)有望在太陽(yáng)能電池、智能傳感、成像、彩色打印等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。

相關(guān)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、上海市青年拔尖人才等項(xiàng)目的支持。（激光與紅外材料實(shí)驗(yàn)室供稿）

圖1、該工作作為Nanoscale 2020 第12卷第9期前封面文章發(fā)表

圖2、大規(guī)模寬帶吸波結(jié)構(gòu)示意圖及形貌、光譜表征