受美國海軍研究署、陸軍研究辦公室和空軍科學研究辦公室資助，杜克大學的研究人員利用納米級厚度二氧化釩薄膜和納米間隙腔構造出主動可調諧超光學表面，通過調節(jié)溫度可改變其近紅外吸收特性。

二氧化釩是一種相變材料，為實現(xiàn)性能的動態(tài)調節(jié)提供了一種潛在方法。此前研究采用的二氧化釩薄膜通常較厚且粗糙，且大多需要在晶格匹配的基底上生長。研究人員嘗試將原子層沉積法與薄膜轉移法結合，利用納米級厚度二氧化釩制備出主動可調諧光學超表面。制備過程是先通過原子層沉積在金膜上生長出9 nm厚二氧化釩薄膜，經(jīng)退火后由非晶態(tài)轉變?yōu)槎嗑�態(tài)，以確保超表面的性能轉變具有可逆性；隨后，利用電子束光刻法制備出高30 nm、直徑88~329 nm的金納米盤，將其轉移到二氧化釩薄膜表面，從而形成主動可調諧超表面。研究發(fā)現(xiàn)：二氧化釩薄膜將上下兩種金表面分隔，形成平面納米間隙腔，可產生間隙模式表面等離子體，共振波長由納米腔的幾何結構、材料類型和折射率決定；加熱后，二氧化釩的晶體結構由單斜晶系轉變?yōu)榻鸺t石型，導致折射率發(fā)生變化，進而實現(xiàn)共振波長的可逆調節(jié)。實驗結果表明：這種超表面在長達1200 nm的近紅外波段范圍內，表現(xiàn)出可調的選擇性共振吸收特性；通過升溫誘導相變溫度，共振波長藍移最高達到60 nm，且在10個以上升/降溫循環(huán)過程中表現(xiàn)出完全可逆性。

這種光學超表面可用于制造光學開關和存儲器、可調諧光電探測器、可重構顯示器等深亞波長全固態(tài)光電子器件。

相關鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35472261/