91儀器信息與自然界中已有的傳統(tǒng)材料相比，超材料(Metamaterials)是一種可人工設(shè)計、賦予奇異功能的材料，它能打破某些表觀自然規(guī)律的限制，實現(xiàn)如負(fù)折射、隱身、超衍射等物理現(xiàn)象或功能。超材料最早應(yīng)用于微波波段，然而對于高頻波段應(yīng)用，特別是如何利用超材料實現(xiàn)高效、寬頻段、多維度的光場調(diào)控，依舊面臨挑戰(zhàn)。
 　　在前期研究中，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心納米物理與器件重點實驗室博士生胡莎、杜碩和研究員顧長志與微加工實驗室主任工程師李俊杰等科研人員合作，建立并完善了一種基于金屬-氧化物納米盤堆疊的超材料設(shè)計及加工方法，該構(gòu)型的色散曲線呈現(xiàn)雙曲特點，在可見、近紅外等高頻波段范圍內(nèi)具有寬帶非共振、高有效折射率等優(yōu)點?？蒲腥藛T設(shè)計并制備了一種ZnO-Au堆疊的圓臺型多層超材料，實現(xiàn)了寬波段、廣角且入射偏振不敏感的完美吸收。通過電子束曝光和離子束刻蝕相結(jié)合加工出的這種雙曲超材料，高吸收率可達(dá)93.4%，且在2.5 μm-4.35μm寬波段范圍內(nèi)具有高于70%的吸收率(The Journal of Physical Chemistry C，123(2019)13846，Cover Story)。
 　　最近，科研人員基于雙曲超材料在可見波段多維度光學(xué)調(diào)控的設(shè)計方面實現(xiàn)了突破。對于Ag和ZnO納米片堆疊的雙曲超材料，通過數(shù)值仿真計算，模擬了一種可見波段的多維度可切換圖像存儲功能，并且通過三維級聯(lián)，設(shè)計出多維度圓偏振光束分離器。一方面，通過選擇具有不同偏振轉(zhuǎn)化性能的雙曲納米結(jié)構(gòu)單元，獲得了具有“01”“10”“11”“00”狀態(tài)的像素點，并對其進(jìn)行編碼設(shè)計，仿真了一種波長和偏振雙維度復(fù)用的可切換多圖像顯示。另一方面，通過對具有寬波段半波片功能的雙曲結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行幾何相位排布，設(shè)計了寬波段的圓偏振分束器，并引入濾波器超表面與之集成，實現(xiàn)了空間和頻域兩個自由度的光束分離。這種集成光學(xué)器件兼具圓偏振轉(zhuǎn)換與“三棱鏡”的功能，且可實現(xiàn)可見波段的單波長四分之一波片功能，具有高效且寬波段的圓偏振轉(zhuǎn)換及幾何相位調(diào)控功能，為未來多功能光學(xué)器件的設(shè)計與集成奠定了基礎(chǔ)。
 　　相關(guān)研究成果在線發(fā)表在Nano Letters 上。研究工作得到科技部、國家自然科學(xué)基金委員會和中科院的資助。