信息学院吴文刚教授课题组在可调超材料研究中取得重要进展

超材料（meta-material）是可改变其单元结构的形状、分布等，使得电磁参数具有可控性，从而调控其光学性质的人工媒质，目前的主要应用包括隐身衣、超透镜、吸收器等。动态可调超材料作为超材料领域的重要发展方向之一，通过多种方式实现超材料电磁特性的动态调节或重构。其中，基于微纳机电系统（micro/nano-electro-mechanical system,M/NEMS）的调控可将整个超材料器件尺寸缩小到微米（10^-6m）量级，频率提高至兆赫兹（10⁶Hz）量级，但调控范围较窄，因此设计一种在大范围内可重复调控的超材料器件显得至关重要。

日前，北京大学信息科学技术学院、微米/纳米加工技术国家级重点实验室吴文刚教授课题组提出了一种新型MEMS动态可调超材料阵列，控制电磁反射峰在中红外至远红外窗口之间的任意切换。他们利用聚焦离子束应力引入致形变技术（focused ion beam stress-introducing deformation,FIB-SID）制得三维“手型”超材料单元阵列。在电流控制下，该纳米级手型结构可进行三维形变，其结构形状可在张开状态（简称“开态”）和闭合状态（简称“关态”）之间切换。由于在开态、关态下，光与物质的谐振区域发生改变，电磁谐振峰将发生明显转移，该器件的电磁反射峰可在中红外（波长为6.3μm）波段至远红外（波长为10.4μm）波段窗口间任意切换，开关比达到95%。

这项研究将聚焦离子束工艺与MEMS技术相结合，总结了一种在纳米尺度动态控制三维结构的策略，为构建光学器件及其在光电系统中的集成提供了重要思路，并以题为《在中红外与远红外波段可逆切换的多向可调三维超材料结构》（Multi-direction-tunable three-dimensional meta-atoms for reversible switching between midwave and long-wave infrared regimes）的学术论文在线发表于《纳米快报》（Nano Letters）。信息学院博士研究生毛逸飞为第一作者，吴文刚为通讯作者。

相关工作得到了国家自然科学基金、国家重点基础研究发展计划、高等学校博士学科点专项科研基金等支持。

编辑：山石