为了控制光,如今使用的曲面透镜通常由凹面或凸面玻璃制成,这些玻璃以不同方式使光线折射。这类透镜随处可见,从太空望远镜和雷达系统等高技术设备,到相机镜头和眼镜等日常用品。但玻璃透镜占用空间,且在不损害其功能的情况下难以缩小尺寸。
然而,平面透镜有望实现超小型光学器件,并开拓新的应用领域。它们被称为超透镜(metalenses),是光学超表面(optical metasurfaces)的实例。该领域发展迅猛且潜力巨大,但目前技术仍有局限。
"超表面的工作原理是在平面上按图案排布纳米结构,使其成为光的接收器。每个接收器(或称天线)以特定方式捕获光线,这些纳米结构协同作用即可按需调控光线,"林雪平大学应用物理学教授Magnus Jonsson解释道。
当前的光学超表面由金或二氧化钛等材料制成。但主要挑战在于超表面功能在制造后无法调节。研究人员和工业界都期望实现诸如开关超表面或动态改变超透镜焦点等功能。
2019年,Magnus Jonsson在有机电子实验室的研究团队证明导电聚合物可破解此难题。他们展示该塑料可具备金属的光学功能,从而用作构建超表面的天线材料。得益于聚合物的氧化还原能力,纳米天线实现了开关功能。但此前基于导电聚合物的超表面性能有限,无法与传统材料超表面媲美。
如今,该团队成功将性能提升最高达十倍。通过精确控制天线间距,纳米结构间产生被称为"集体晶格共振"的共振效应,相互增强光相互作用。
"研究表明,由导电聚合物制成的超表面可提供满足实际应用需求的性能水平,"该研究主要作者、课题组博士后研究员Dongqing Lin表示。
目前研究人员已实现红外光可控聚合物天线制造,但尚未拓展至可见光波段。下一步将开发适用于可见光谱的功能材料。
Story Source:
Materialsprovided byLinköping University. Original written by Anders Törneholm.Note: Content may be edited for style and length.
Journal Reference:
Dongqing Lin, Yulong Duan, Pravallika Bandaru, Pengli Li, Mohammad Shaad Ansari, Alexander Yu. Polyakov, Janna Wilhelmsen, Magnus P. Jonsson.Switchable narrow nonlocal conducting polymer plasmonics.Nature Communications, 2025; 16 (1) DOI:10.1038/s41467-025-59764-5
2025-06-21
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