基于导电聚合物的动态超构表面，大幅提升红外光学性能
2025-05-27 11:29:54 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
凭借导电聚合物的氧化和还原能力，纳米天线能够实现打开或者关闭。通过精确控制天线之间的距离，研究团队成功将其性能提高了10倍。得益于一种放大光相互作用的共振，称为集体晶格共振，这些天线可以相互增强。
据麦姆斯咨询报道，瑞典林雪平大学的研究人员通过在平坦表面上设计精细的纳米结构，显著提高了导电塑料中光学超构表面的性能。这代表了可控平面光学向前迈出了重要一步，未来的应用包括视频全息、隐形材料和传感器，以及生物医学成像等。
包含可切换导电聚合物纳米天线阵列的原型样品
该研究成果已经以“Switchable narrow nonlocal conducting polymer plasmonics”为题发表在Nature Communications期刊上。
目前，曲面透镜被用于控制光线，它们通常由凹面或凸面玻璃制成，以不同的方式折射光线。这类透镜已经广泛用于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。但是，这些玻璃透镜占用空间，很难在不影响其功能的前提下进行小型化。
利用平面透镜，可以制造非常小的光学器件，开拓新的应用领域。这些平面透镜被称为超构透镜，是光学超构表面的用例之一。尽管目前该技术仍有其局限性，但已然形成一个快速增长的研究领域，拥有巨大的潜力。
“超构表面的工作方式是将纳米结构以图案形式设置在平面上，并成为光的接收器。每个接收器或天线都以某种方式捕获光，这些纳米结构可以让光按照你的意愿进行控制。”林雪平大学应用物理学教授Magnus Jonsson说。
如今，研究人员已经利用金或二氧化钛开发制成光学超构表面。但当前存在的主要挑战之一是，超构表面的功能通常在制造后无法动态调整。学术界和工业界都要求能够打开和关闭超构表面或动态改变超构透镜的焦点等功能。
林雪平大学的研究人员Dongqing Lin和Magnus Jonsson在用扫描电子显微镜检查样品
早在2019年，Jonsson教授的研究团队已经展示了导电聚合物可以破解这一难题。他们的研究显示，塑料可以在光学上起到金属的作用，因此可以用作构建超构表面的天线材料。
凭借导电聚合物的氧化和还原能力，纳米天线能够实现打开或者关闭。然而，彼时由导电聚合物构建的超构表面的性能受到限制，无法媲美由传统材料制成的超构表面。
现在，通过精确控制天线之间的距离，Jonsson教授的研究团队成功将其性能提高了10倍。得益于一种放大光相互作用的共振，称为集体晶格共振，这些天线可以相互增强。
“我们的研究表明，针对实际应用，由导电聚合物制成的超构表面能够提供足够高的性能。”该研究的主要作者，研究小组的博士后林冬青说。
到目前为止，研究人员已经能够利用导电聚合物制造出可控天线，不过，目前仅能应用于红外光，还不能用于可见光。下一步，研究人员将开发在可见光谱中也具有该功能的材料。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-59764-5
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