據(jù)外媒報道，麻省理工學(xué)院（MIT）的工程師宣布開發(fā)出一種新型透明材料，可以響應(yīng)熱量快速可逆地改變其原子結(jié)構(gòu)。該材料是可調(diào)諧超表面或具有納米級結(jié)構(gòu)圖案的平面光學(xué)設(shè)備的重要新進(jìn)展。工程師們將該成果比作光學(xué)瑞士軍刀，當(dāng)然其前身只是一種如平頭螺絲刀的工具。
改論文的第一作者、MIT材料科學(xué)與工程系（DMSE）研究生Yifei Zhang表示：“通過快速重新配置超表面可以開辟眾多新應(yīng)用。我們很興奮，因為該發(fā)明克服了將這些超表面應(yīng)用到現(xiàn)實世界中的很多障礙?！?/P>
（圖片來源：Yifei Zhang）
西雅圖華盛頓大學(xué)的副教授Arka Majumdar談到這些應(yīng)用時表示：“這項技術(shù)或許可以徹底改變自動駕駛汽車的光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度傳感和激光雷達(dá)技術(shù)?！钡玀ajumdar并未參與這項研究。
在論文中，麻省理工學(xué)院的研究人員描述了如何使用電流可逆地改變新超表面的材料結(jié)構(gòu)，從而改變其光學(xué)特性。而在過去，僅能使用笨重的激光器或熔爐來提供必要的熱量。該工作的負(fù)責(zé)人、材料科學(xué)與工程副教授Juejun Hu表示：“這非常重要，因為我們現(xiàn)在可以將整個有源光學(xué)器件以及電氣開關(guān)集成在硅芯片上，從而形成一個小型光學(xué)平臺。”
該團(tuán)隊還報告展示了使用該平臺的一系列可調(diào)光學(xué)功能，其中包括光束轉(zhuǎn)向裝置。Hu表示：“通過將材料切換到不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，我們可以在來回兩個方向發(fā)送光?！倍馐D(zhuǎn)向是自動駕駛汽車的關(guān)鍵。盡管Hu強(qiáng)調(diào)所展示的設(shè)備仍然相當(dāng)初級，只是一種原理證明。
相變材料（PCM）會根據(jù)熱量改變其結(jié)構(gòu)，其商業(yè)應(yīng)用為可重寫的CD和DVD。 Hu解釋說：“激光束可局部改變材料的結(jié)構(gòu)，從非晶態(tài)到結(jié)晶態(tài)，而這種變化可用于編碼1和0，即數(shù)字信息?！?BR> 然而，傳統(tǒng)的PCM在光學(xué)應(yīng)用方面存在局限性，例如材質(zhì)不透明，因此無法讓光通過。Hu表示：“這促使我們研究一種用于透明光學(xué)器件的新型相變材料?！苯衲昴瓿酰鋱F(tuán)隊報告稱在傳統(tǒng)的PCM中添加另一種元素硒可以解決上述問題。
該新超表面的關(guān)鍵是由鍺、硒、銻和碲（GSST）組成的新材料。這種超表面僅厚約0.5平方毫米，并帶有約100,000個納米級結(jié)構(gòu)的圖案。由于這些該材料可以控制光的傳播，因此可以將這些納米結(jié)構(gòu)的集合轉(zhuǎn)換為透鏡等器件。
牛津大學(xué)教授Harish Bhaskaran表示：“該工作非常重要，因為這種可調(diào)諧超表面，即‘平坦’或非常薄的，卻可以調(diào)制光反射的表面，非常有趣。它們可以顯著縮小透鏡的體積，從而用于操縱光的所有器件。MIT使用低損耗的相變材料（即吸收很少光的材料）提供了實現(xiàn)這一點的真正途徑。論文作者之一使用電控加熱器進(jìn)行了動態(tài)調(diào)諧?！?BR> Hu的團(tuán)隊還在解決制作方法中的一些缺點。例如，他們的微型光學(xué)平臺中使用的加熱器是由金屬制成的。但Hu表示：“由于金屬會吸收光，因此我們正在研究一種由透明硅制成的新型加熱器。”
這項工作得到了美國國防高級研究計劃局（US Defense Advanced Research Projects Agency）和美國空軍（US Air Force）的支持。研究人員表示，在研究過程中，麻省理工學(xué)院材料研究實驗室、麻省理工學(xué)院微系統(tǒng)技術(shù)實驗室和哈佛大學(xué)納米系統(tǒng)中心也提供了設(shè)施支持。
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