导电塑料中的平坦光学超表面实现了10倍的性能提升

瑞典林雪平大学的研究人员通过将纳米结构小心地放置在平坦表面上，显著提高了导电塑料中所谓的光学超表面的性能。这是可控平面光学的重要一步，未来将应用于视频全息图、隐形材料和传感器，以及生物医学成像。

这项研究发表在《自然通讯》杂志上。

为了控制光线，现在使用的是曲面透镜，它通常由凹面或凸面的玻璃制成，以不同的方式折射光线。这些类型的镜头可以在从太空望远镜和雷达系统等高科技设备到包括相机镜头和眼镜在内的日常用品中找到。但是玻璃镜片会占用空间，很难在不影响其功能的情况下使其变小。

然而，使用平面透镜，可以制造非常小的光学元件，也可以找到新的应用领域。它们被称为金属透镜，是光学超表面的例子，形成了一个快速增长的研究领域，具有巨大的潜力，尽管目前该技术有其局限性。

林雪平大学应用物理学教授Magnus Jonsson说：“超表面的工作方式是，纳米结构以图案放置在平面上，成为光的接收器。每个接收器或天线都以某种方式捕获光，这些纳米结构可以共同控制光照。”。

如今，有由金或二氧化钛制成的光学超表面。但一个主要的挑战是，超表面的功能在制造后无法调整。研究人员和行业都要求能够打开和关闭元曲面或动态更改金属的焦点等功能。

但是，在2019年，Jonsson在有机电子实验室的研究小组表明，导电塑料（导电聚合物）可以破解这个螺母。他们表明，这种塑料可以作为金属在光学上起作用，因此可以用作构建超表面的天线材料。

由于聚合物具有氧化和还原的能力，纳米天线能够打开和关闭。然而，由导电聚合物构建的超表面的性能有限，无法与传统材料制成的超表面相比。

现在，同一个研究团队已经设法将性能提高了10倍。通过精确控制天线之间的距离，这些天线可以相互帮助，这要归功于一种放大光相互作用的共振，称为集体晶格共振。

“我们表明，由导电聚合物制成的超表面似乎能够提供足够高的性能，与实际应用相关，”该研究的主要作者、研究小组的博士后林东青说。

到目前为止，研究人员已经能够用导电聚合物制造出用于红外光的可控天线，但不能用于可见光。下一步是开发这种材料，使其在可见光谱中也具有功能。p