【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】依賴金屬微納結(jié)構(gòu)(包括一維納米粒子、二維納米線陣列、三維納米團束等)的等離激元共振光學(xué)吸收、結(jié)構(gòu)間電磁耦合、多物理效應(yīng)的耦合疊加等物理機制，人工微納結(jié)構(gòu)的金屬陶瓷復(fù)合電磁超材料具有豐富的光學(xué)特性，在光熱轉(zhuǎn)換、物理結(jié)構(gòu)色、超黑吸收、亞波長成像、光通訊及輻射制冷等領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用價值。目前，人工微納結(jié)構(gòu)超材料開發(fā)及應(yīng)用仍然受到大面積制備、靈活的性能調(diào)控、異質(zhì)集成等掣肘因素的制約。因此，探究光學(xué)性能優(yōu)異、人工微結(jié)構(gòu)易調(diào)控及易宏量制備和集成的超材料對光學(xué)器件(組件)應(yīng)用至關(guān)重要。
 

　　中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所科研團隊在金屬/介質(zhì)人工微納結(jié)構(gòu)及光學(xué)性能方面取得系列進展。該團隊使用磁控濺射一步法工藝制備出金屬納米粒子/納米線/納米團束-二氧化硅復(fù)合超材料，利用上述微納結(jié)構(gòu)以及膜系疊層結(jié)構(gòu)激發(fā)的等離激元效應(yīng)，實現(xiàn)可見光超寬帶完美吸收及高純度色彩顯示(Appl. Mater. Today, 26, 2022, 101266，如圖1)。此外，通過溶液刻蝕快速處理工藝，可以完美去除金屬納米線-介質(zhì)復(fù)合超材料中的金屬相，成功獲得納米空氣柱陣列-二氧化硅復(fù)合超材料，其等效折射率從1.15至1.40連續(xù)可調(diào)，有望用于減反、增透、折射率匹配等光學(xué)器件/系統(tǒng)應(yīng)用場景(Mater. Today Phys., 2022, 26, 100722，如圖2)。
 

　　近期，團隊基于金屬納米線基超材料，突破現(xiàn)有紅外介質(zhì)超材料設(shè)計及折射率值的限制，利用磁控共濺射制備銀納米線-硅(或者鍺)復(fù)合介質(zhì)超材料。研究人員通過減小金屬單元間距至sub-5納米尺度及提高環(huán)境折射率(從常規(guī)有機配體的1.49提升至硅/鍺的3.4/4.0)以增大納米腔中的電容耦合，同時由于金屬單元直徑至sub-10納米尺度，抗磁響應(yīng)顯著降低，這些物理效應(yīng)的人為調(diào)控有助于突破折射率的上限。研究結(jié)果表明，該金屬納米線基超材料的紅外折射率極值可達7.2，且在2-10微米寬光譜范圍內(nèi)保持低色散和低損耗特性，有望應(yīng)用于多種納米光子學(xué)器件中(Adv. Opt. Mater., 2023, 2301334，如圖3)。
 

　　上述研究得到了國家重點研發(fā)計劃(2021YFB3700604)、寧波市自然科學(xué)基金(2021J201)、浙江省科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才(2018R52006)等項目的支持。