麻省理工學(xué)院的工程師和同事們匯報(bào)了一種可調(diào)諧的元表面的重要新進(jìn)展，即用納米級(jí)結(jié)構(gòu)圖案的平面光學(xué)設(shè)備，他們將其比作一把瑞士軍刀，而其被動(dòng)的前輩可以被認(rèn)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(xiàng)工作的關(guān)鍵是該團(tuán)隊(duì)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(kāi)辟的應(yīng)用是巨大的，"Yifei Zhang說(shuō)，他是最近一期《自然-納米技術(shù)》雜志上一篇報(bào)告最新進(jìn)展的論文的第一作者。張是材料科學(xué)與工程系(DMSE)的一名研究生。"我們很興奮，因?yàn)槟壳暗墓ぷ骺朔藥讉€(gè)障礙，將這些元表面落實(shí)到現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用中。"

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

該團(tuán)隊(duì)還報(bào)告說(shuō)使用該平臺(tái)展示了一系列可調(diào)諧的光學(xué)功能，其中包括一個(gè)光束轉(zhuǎn)向裝置通過(guò)將材料切換到不同的[內(nèi)部]結(jié)構(gòu)，可以向一個(gè)方向和另一個(gè)方向發(fā)送光，來(lái)回切換。

相變材料(PCMs)在熱的作用下改變其結(jié)構(gòu)。它們?cè)谏虡I(yè)上被用于可重寫(xiě)CD和DVD。一束激光改變了材料的局部結(jié)構(gòu)，從無(wú)定形到結(jié)晶，這種變化可以用來(lái)編碼1和0--數(shù)字信息。然而，傳統(tǒng)的PCM在光學(xué)應(yīng)用方面有局限性。首先，它們是不透明的。它們不會(huì)讓光線通過(guò)。這促使研究人員發(fā)明了一種用于光學(xué)設(shè)備的新相變材料，它是透明的。今年早些時(shí)候團(tuán)隊(duì)報(bào)告說(shuō)，在傳統(tǒng)的PCM中加入另一種元素，硒的過(guò)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(guò)來(lái)，元表面不僅僅是一層GSST薄膜，它是一層只有約半毫米見(jiàn)方的GSST薄膜，上面有大約10萬(wàn)個(gè)納米級(jí)結(jié)構(gòu)。而這些，反過(guò)來(lái)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(dāng)然是用在所有操縱光線的地方。[麻省理工學(xué)院]使用低損耗的相變材料(即，它們吸收很少的光)，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)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(xué)院和斯坦福大學(xué)進(jìn)展的"新聞與觀點(diǎn)"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(diǎn)》的作者強(qiáng)調(diào)，兩種方法都有缺點(diǎn)。例如，他們的小型化光學(xué)平臺(tái)中使用的加熱器目前是由金屬制成的。但"金屬對(duì)光學(xué)來(lái)說(shuō)是有問(wèn)題的，因?yàn)樗鼈儠?huì)吸收光線，因此團(tuán)隊(duì)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(xué)院 瑞士軍刀 諧元表面