张文琪,汪剑波

(长春理工大学 物理学院,长春 130022)

超表面(Metasurface)是21世纪新出现的一种新型人工电磁材料,由于具备非自然的、独特的电磁特性(如负折射率、负介电常数及负磁导率等等),突破了传统光学器件的体积大、不易集成及难以加工等诸多限制,近年来备受国内外研究人员的关注。超表面是由亚波长尺寸的结构单元周期性或非周期性排布构成的2维平面结构,具有平面化、小型化、损耗低及易制备的优点。超表面通过对各个单元的排列,可实现对电磁波的调控,产生巨大的应用潜力,如异常折射/反射[1]、偏振转换[2]、光学透镜[3-4]及涡旋光[5]等。然而,超表面一旦被制备完成,性能就受到了限制。为得到能主动调控的超表面,近年来提出了几种主要的方法,包括光[6]、电[7]、热[8]、化学[9]及机械[10]等方法。其中,使用相变材料的热调谐超表面是最常用的方法。相变材料能快速地从一种状态切换到另一种电磁属性完全不同的状态,且这个过程是可逆的。与传统的超表面通过改变单元结构尺寸来改变性能不同,相变材料与超表面结合能通过改变相变材料本身的属性实现整体性能的改变,使超表面具备可调谐性,实现对电磁波的主动调控。其中,锗锑碲化合物(GexSbyTez,GST)[11]是最常见的一种相变材料,GST 加热[12](激光脉冲照射[13]或外加电压[11])时会从非晶态(amorphous)转换成晶态(crystalline),且一旦相变完成,即使撤去外部激励也能保持相态不变。因此,通常将GST 材料与超表面结合形成可调谐超表面。

GST 在红外波段具有更加显著的电磁变化特性,所以在红外波段可有更好的应用[14]。……