近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所紅外光學(xué)材料研究中心董紅星研究員和張龍研究員團(tuán)隊(duì)在多波段獨(dú)立可調(diào)的吸波器研究方面取得進(jìn)展。該工作采用二硫化鉬構(gòu)造超構(gòu)表面，在中紅外波段實(shí)現(xiàn)了三波段的完美電磁吸收，通過(guò)調(diào)節(jié)二硫化鉬的載流子濃度可以實(shí)現(xiàn)對(duì)吸收峰的動(dòng)態(tài)獨(dú)立調(diào)控，該器件可用作可調(diào)諧的紅外探測(cè)器和紅外隱身材料。相關(guān)研究成果以“Independently tunable infrared absorber using stacked molybdenum disulfide metasurfaces”為題發(fā)表于Applied Surface Science。

超構(gòu)表面能夠在亞波長(zhǎng)尺度下實(shí)現(xiàn)對(duì)光場(chǎng)振幅、頻率、偏振和相位的自由調(diào)控，成為了國(guó)際上微納光學(xué)領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容。其中，超構(gòu)表面吸波器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)光場(chǎng)振幅的有效控制，在傳感、光電轉(zhuǎn)換、隱身和通信等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，目前傳統(tǒng)的吸波器普遍存在體積大、吸收率低、帶寬窄、不可調(diào)諧的缺點(diǎn)，不能滿足現(xiàn)代光子學(xué)系統(tǒng)小型化、輕質(zhì)化、集成化和智能化的需求。

針對(duì)上述問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)利用二維材料二硫化鉬設(shè)計(jì)超構(gòu)表面，提出了一種三波段獨(dú)立可調(diào)諧的中紅外吸波器。利用圖案化二硫化鉬的局域表面等離激元共振效應(yīng)，成功在7.9、12和17 μm處實(shí)現(xiàn)了99%以上的電磁波吸收，同時(shí)在3–5 μm和8–11 μm的紅外大氣窗口具有較低的紅外發(fā)射率。此外，通過(guò)調(diào)節(jié)二硫化鉬的載流子濃度，可以對(duì)三個(gè)吸收峰進(jìn)行動(dòng)態(tài)獨(dú)立調(diào)控，并利用多重反射干涉理論模型成功解釋了其內(nèi)在物理機(jī)制，理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合得很好。該項(xiàng)研究成果解決了目前傳統(tǒng)吸波材料吸收率低、不可調(diào)以及缺少理論指導(dǎo)的問(wèn)題，在紅外隱身、紅外探測(cè)、熱輻射測(cè)量等方面具有潛在的應(yīng)用前景。

該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市青年拔尖人才計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。

圖1 所提出超構(gòu)表面吸波器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 (a) 圖案化二硫化鉬中表面等離激元共振模式的電場(chǎng)分布圖；(b) 不同二硫化鉬載流子濃度對(duì)應(yīng)的電磁波吸收譜。