光学电路将彻底改变许多器件的性能。它们不仅比电子电路快10到100倍，而且耗电量也少得多。在这些电路中，光波由被称为超表面的极薄表面控制，超表面可以集中光波并在需要时引导光波。这些超表面含有间隔规则的纳米颗粒，可以在亚微米波长范围内调制电磁波。Metasurfaces可以让工程师们制造出柔韧的光子电路和超薄光学器件，应用范围从柔韧的平板电脑到具有增强光吸收特性的太阳能电池板。它们还可以用来制造灵活的传感器，直接放置在病人的皮肤上，例如，用来测量脉搏和血压或检测特定的化合物。
问题是，使用传统方法光刻创建元表面是一个非常讲究的过程，需要几个小时，而且必须在洁净室中完成。但是来自光子材料和光纤设备实验室(FIMAP)的EPFL工程师们现在已经开发出一种简单的方法，可以在不需要洁净室的情况下，在几分钟内(有时甚至是在室温下)制造出它们。EPFL的工程方法学院生产的介电玻璃元表面可以是刚性的，也可以是挠性的，其研究成果发表在《自然纳米技术》上。
把弱点变成优点
这种新方法采用了流体力学中已经使用的自然过程：脱水。当材料的薄膜沉积在基体上并加热时，就会发生这种现象。热量使薄膜收缩并分裂成微小的纳米颗粒。该研究的主要作者、FIMAP的负责人法比安?索林说：在制造业中，除湿被视为一个问题。通过这种方法，工程师们第一次能够创造出介电玻璃的超表面，而不是金属的超表面。介电超表面的优点是，它们吸收的光很少，折射率很高，因此可以调节通过它们传播的光。为了构建这些元表面，工程师首先创建了具有所需架构的基体纹理。然后在只有几十纳米厚的薄膜上沉积了一种物质——在这种情况下是硫族玻璃。
这种新方法采用了流体力学中已经使用的自然过程：脱水。图片：Vytautas Navikas / 2019 EPFL
随后加热基质几分钟，直到玻璃变得更加流体化，纳米颗粒开始按照基质的纹理大小和位置形成。这种方法非常有效，它可以用几层纳米颗粒或间隔10纳米的纳米颗粒阵列生成高度复杂的超表面。这使得metasurfaces对环境条件的变化非常敏感，比如检测到即使是非常低浓度的生物制品。这是第一次用湿法来创造玻璃超表面。其优点是，超表面光滑而有规律，可以很容易地在大的表面和灵活的基底上生产。
博科园-科学科普｜研究/来自:洛桑联邦理工学院
参考期刊文献:《Nature Nanotechnology》
DOI: 10.1038/s41565-019-0362-9
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