北理工在納米剪紙-可變形立體超表面研究取得重要進(jìn)展
發(fā)布日期：2020-02-27 供稿：物理學(xué)院
編輯：周格羽 審核：姚裕貴 閱讀次數(shù)：
近日，北京理工大學(xué)物理學(xué)院李家方、張向東、姚裕貴教授團(tuán)隊(duì)，與中科院物理所團(tuán)隊(duì)、暨南大學(xué)徐毅教授及李向平教授合作，制備了一種新穎的可變形立體超表面結(jié)構(gòu)，獲得了超強(qiáng)的光學(xué)手性，實(shí)現(xiàn)了圓二色性的片上可逆調(diào)諧。該創(chuàng)新成果發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊Advanced Materials（IF:25.809）上。
人工三維超材料和二維超表面是當(dāng)今納米光子學(xué)的兩個(gè)重要前沿研究領(lǐng)域。其中，光學(xué)波段超材料在三維納米制備方面遇到挑戰(zhàn)，二維超表面則在動(dòng)態(tài)調(diào)諧方面亟待發(fā)展。為解決這些問題，李家方及合作團(tuán)隊(duì)在2018年發(fā)明了一種納米剪紙技術(shù)[Science Advances 4, eaat4436 (2018)]，實(shí)現(xiàn)了一系列新穎的三維及準(zhǔn)三維納米結(jié)構(gòu)[Nanophotonics 7, 1637 (2018); APL Photonics 3, 100803 (2018)]。自2018年加入北理工物理學(xué)院以來，李家方教授繼續(xù)與中科院物理所團(tuán)隊(duì)合作，采用納米剪紙技術(shù)制備了一種新穎的“2.5維”立體超表面結(jié)構(gòu)，既克服了三維超材料制備的難題，又增加了二維結(jié)構(gòu)面外調(diào)諧的功能；并與合作團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種新穎的Fano共振增強(qiáng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了超強(qiáng)的光學(xué)手性。
手性是自然界廣泛存在的一種基本屬性，從天體到分子都可以找到其身影。然而，自然界結(jié)構(gòu)的光學(xué)手性普遍非常微弱且難以調(diào)控。為解決這一難題，研究團(tuán)隊(duì)利用納米剪紙技術(shù)制備了多種構(gòu)型的手性超分子，通過研究手性分子面外形變及對(duì)稱性、晶格對(duì)稱性及周期排布等的影響，實(shí)現(xiàn)了近紅外波段圓二色特性的靈活剪裁。
光頻波段三維超材料和二維超表面的動(dòng)態(tài)調(diào)諧是該領(lǐng)域器件應(yīng)用面臨的障礙之一。該報(bào)道的立體超表面擁有新穎的三維扭曲形貌和可逆形變特性，具備動(dòng)態(tài)調(diào)控的潛能。為此，合作團(tuán)隊(duì)利用單模光纖反復(fù)壓縮和釋放立體超表面，在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了近紅外波段圓二色性的片上可逆調(diào)諧，為立體超表面在力、熱、光、電、磁、聲等領(lǐng)域的動(dòng)態(tài)調(diào)控應(yīng)用提供了重要的技術(shù)參考。
圖1 立體超表面、超分子結(jié)構(gòu)以及Fano共振增強(qiáng)圓二色特性。
圖2 實(shí)驗(yàn)制備的立體超表面及其增強(qiáng)圓二色特性。
圖3 立體超表面圓二色性的可逆動(dòng)態(tài)調(diào)諧。
該研究工作為實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)光子器件和芯片集成提供了新穎的平臺(tái)，在光學(xué)傳感、手性光源、微流體器件、微機(jī)電/納米機(jī)電等方面有著重要的應(yīng)用前景。劉之光博士（在北理工主要支持下）、徐毅教授和博士生紀(jì)昌銀為論文的共同第一作者，北理工物理學(xué)院李家方教授為論文的通訊作者。研究團(tuán)隊(duì)特別感謝中科院物理所光物理實(shí)驗(yàn)室和微加工實(shí)驗(yàn)室的大力合作與支持，感謝麻省理工學(xué)院方絢萊教授、華南理工大學(xué)李志遠(yuǎn)教授和中科院物理所陸凌研究員的支持與幫助。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、重點(diǎn)項(xiàng)目，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，北京理工大學(xué)學(xué)術(shù)啟動(dòng)項(xiàng)目，廣東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
文章信息：Zhiguang Liu#, Yi Xu#, Chang-Yin Ji#, Shanshan Chen, Xiangping Li, Xiangdong Zhang, Yugui Yao, and Jiafang Li*, “Fano-enhanced circular dichroism in deformable stereo metasurfaces”, Advanced Materials 32, 1907077 (2020). （#為共同一作；*為通訊作者）
文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201907077
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