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利用激光重新配置特种表面材料的属性

2016-08-10 15:26
吃瓜天狼
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  英国的研究人员开发出了一种新型的光学特种表面材料,其性能可以利用一个激光脉冲进行动态配置。该研究小组认为,这种技术,具有比传统的等离子腔损耗低,可用于可重构光电元件的相关应用。

  虽然特种材料最初是开发用于无源操作辐射以达到完美的透镜或隐形装置,该领域已扩大到包括可切换或调节性能的材料。这些通常有等离子谐振器,贵金属结构的亚波长可直接干涉直接辐射的电磁场和波前的重塑。

  重新配置这些性质,他们可以与一个所谓的相变材料进行结合,从而改变响应外部信号在某些方面的性能。然而,等离子谐振器通常具有较高的损失,特别是在光的频率。因此,近年来,许多研究人员已经由硅或其他介质材料的特种表面,因为他们的损失更小,也更容易制造。

  激光开关

  在新的研究中,NikolayZheludev和同事在南安普敦大学已经从纯硫锗锑碲制作出一种特种表面。许多化合物,有一类化合物包括硫化物、硒和碲化物,都可以在结晶和非晶相存在。加热晶体到其熔点以上几纳秒会破坏了晶体结构,使材料变为非晶玻璃。

  触发逆向转变,玻璃被长时间加热到一个较低的温度(但仍小于一微秒)。硫属化合物常被用于人工电磁材料,通过改变周围的环境进而转移等离子谐振器的谐振频率。然而,晶态和非晶态化合物本身有很大的不同,这种相变材料被用在可擦写CD和DVD的光学特性,并用于正在开发的新型计算机存储器。

  研究人员沉积300纳米厚的薄膜非晶锗锑碲化物在石英衬底上。他们测量了在一个范围内的近红外波长的膜的近红外吸收情况,发现它是相对透明的。接下来,他们用离子束选择性地蚀刻掉硫化物产生亚波长纳米光栅。显着的吸收共振出现,并与依赖于光栅周期性的频率产生共振。

  相位变化

  Zheludev的团队用绿色激光束进行扫描表面。光会加热材料,使其结晶。测量晶体光栅的光学性能,研究人员发现了显著的差异:一个光栅反射结晶后,这种硫族化物在1470nm处仅有非结晶状态下光反射量的20%。“我们首次表明了,超材料的介电可通过介质本身的相位变化进行切换,”Zheludev说。研究人员还没有证明反向过渡到非晶型的光栅:这将是更困难的,很简单,因为它需要加热的材料,在它的熔点以上,同时保持光栅的结构。

  在德国亚琛工业大学的ThomasTaubner赞扬了这项研究,他说,过去几年研究人员对这一全介质特种表面结构的重构一直研究,如今将更进一步。他认为,缺乏可逆相转变使得这才是“初步”,但他还说,“在纳米光子学范围,首要目标当然是表述概念,然后,在做工程上的研究。”

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