受美國海軍研究署、陸軍研究辦公室和空軍科學(xué)研究辦公室資助，杜克大學(xué)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(gòu)造出主動可調(diào)諧超光學(xué)表面，通過調(diào)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(diào)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(zhuǎn)移法結(jié)合，利用納米級厚度二氧化釩制備出主動可調(diào)諧光學(xué)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(zhuǎn)變?yōu)槎嗑�態(tài)，以確保超表面的性能轉(zhuǎn)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(zhuǎn)移到二氧化釩薄膜表面，從而形成主動可調(diào)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(chǎn)生間隙模式表面等離子體，共振波長由納米腔的幾何結(jié)構(gòu)、材料類型和折射率決定；加熱后，二氧化釩的晶體結(jié)構(gòu)由單斜晶系轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石型，導(dǎo)致折射率發(fā)生變化，進(jìn)而實現(xiàn)共振波長的可逆調(diào)節(jié)。實驗結(jié)果表明：這種超表面在長達(dá)1200 nm的近紅外波段范圍內(nèi)，表現(xiàn)出可調(diào)的選擇性共振吸收特性；通過升溫誘導(dǎo)相變溫度，共振波長藍(lán)移最高達(dá)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(xué)超表面可用于制造光學(xué)開關(guān)和存儲器、可調(diào)諧光電探測器、可重構(gòu)顯示器等深亞波長全固態(tài)光電子器件。

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