麻省理工学院研发的“光学瑞士军刀 ”可调谐“元表面”

"快速重组元表面的能力所开辟的应用是巨大的，"Yifei Zhang说，他是最近一期《自然-纳米技术》杂志上一篇报告最新进展的论文的第一作者。张是材料科学与工程系（DMSE）的一名研究生。"我们很兴奋，因为目前的工作克服了几个障碍，将这些元表面落实到现实世界的应用中。"

在《自然-纳米技术》论文中，麻省理工学院的研究人员描述了使用电流来可逆地改变材料结构，从而改变新的超表面的光学特性。在过去，他们使用笨重的激光器或一个炉子来提供必要的热量。现在可以将整个有源光学装置与电开关一起集成到硅芯片上，形成一个小型化的光学平台。

该团队还报告说使用该平台展示了一系列可调谐的光学功能，其中包括一个光束转向装置通过将材料切换到不同的[内部]结构，可以向一个方向和另一个方向发送光，来回切换。

相变材料（PCMs）在热的作用下改变其结构。它们在商业上被用于可重写CD和DVD。一束激光改变了材料的局部结构，从无定形到结晶，这种变化可以用来编码1和0--数字信息。然而，传统的PCM在光学应用方面有局限性。首先，它们是不透明的。它们不会让光线通过。这促使研究人员发明了一种用于光学设备的新相变材料，它是透明的。今年早些时候团队报告说，在传统的PCM中加入另一种元素，硒的过程起到了作用。

这种由锗、硒、锑和碲（GSST）组成的新材料是新超表面的关键。反过来，元表面不仅仅是一层GSST薄膜，它是一层只有约半毫米见方的GSST薄膜，上面有大约10万个纳米级结构。而这些，反过来能够控制光的传播。

这种可调谐的元表面，即即使名义上是'平的'或非常薄的表面也能调节光的反射，是非常有趣的。它们可以极大地减少透镜的体积，而透镜当然是用在所有操纵光线的地方。[麻省理工学院]使用低损耗的相变材料（即，它们吸收很少的光），为实现这一目标提供了真正的途径。

根据同一期《自然-纳米技术》的一篇关于麻省理工学院和斯坦福大学进展的"新闻与观点"文章，"这些工作在基于PCM的可调节元表面方面取得了突破"。然而，《新闻与观点》的作者强调，两种方法都有缺点。例如，他们的小型化光学平台中使用的加热器目前是由金属制成的。但"金属对光学来说是有问题的，因为它们会吸收光线，因此团队正在研究一种由硅制成的新加热器，它是透明的。"