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我院在“纳米剪纸”可变形立体超表面研究取得重要进展

发布日期:2020年02月27日

 

  

  近日,新葡萄京娱乐场8455李家方、张向东、姚裕贵教授团队,与中科院物理所团队、暨南大学徐毅教授及李向平教授合作,制备了一种新颖的可变形立体超表面结构,获得了超强的光学手性,实现了圆二色性的片上可逆调谐。该创新成果发表在国际顶级期刊Advanced Materials(IF:25.809)上。

  人工三维超材料和二维超表面是当今纳米光子学的两个重要前沿研究领域。其中,光学波段超材料在三维纳米制备方面遇到挑战,二维超表面则在动态调谐方面亟待发展。为解决这些问题,李家方教授及合作团队在2018年发明了一种纳米剪纸技术[Science Advances 4, eaat4436 (2018)],实现了一系列新颖的三维及准三维纳米结构[Nanophotonics 7, 1637 (2018); APL Photonics 3, 100803 (2018)]。自2018年加入新葡萄京娱乐场8455以来,李家方教授继续与中科院物理所团队合作,采用纳米剪纸技术制备了一种新颖的“2.5维”立体超表面结构,既克服了三维超材料制备的难题,又增加了二维结构所缺乏的面外调谐功能;并与合作团队发现了一种新颖的Fano共振增强机制,实现了超强的光学手性。

  手性是自然界广泛存在的一种基本属性,从天体到分子都可以找到其身影。然而,自然界结构的光学手性普遍非常微弱且难以调控。为解决这一难题,研究团队利用纳米剪纸技术制备了多种构型的手性超分子,通过研究手性分子面外形变及对称性、晶格对称性及周期排布等的影响,实现了近红外波段圆二色性的灵活剪裁。

  光频波段三维超材料和二维超表面的动态调谐是该领域器件应用面临的障碍之一。该报道的立体超表面拥有新颖的三维扭曲形貌和可逆形变特性,具备动态调控的潜能。为此,合作团队利用单模光纤反复压缩和释放立体超表面,在实验上实现了近红外波段圆二色性的片上可逆调谐,为立体超表面在力、热、光、电、磁、声等领域的动态调控及其应用提供了重要的技术参考。

  

  图1: 立体超表面、超分子结构以及Fano共振增强圆二色特性。

 

 

  图2: 实验制备的立体超表面及其增强圆二色特性。

  

  

  图3: 立体超表面圆二色性的可逆动态调谐。

  

  该研究工作为实现可重构光子器件和芯片集成提供了新颖的平台,在光学传感、手性光源、微流体器件、微机电/纳米机电等方面有着重要的应用前景。刘之光博士(在北理工主要支持下)、徐毅教授和博士生纪昌银为论文的共同第一作者,新葡萄京娱乐场8455李家方教授为论文的通讯作者。研究团队特别感谢中科院物理所光物理实验室和微加工实验室、麻省理工学院方绚莱教授、华南理工大学李志远教授和中科院物理所陆凌研究员的大力支持与帮助。该工作得到了国家自然科学基金面上项目、重点项目,国家重点研发计划项目,新葡萄京娱乐场8455学术启动项目,广东省自然科学基金等项目的支持。

  

  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). (#为共同一作;*为通讯作者)

  文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201907077

  课题组介绍:http://www.nanokirigami.com

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