Small:薄如蝉翼的太赫兹阀门——用于太赫兹波机械调制的超薄柔性超表面

太赫兹技术广泛应用于雷达、遥感、反恐安全、高速保密通信、环境监测及医学诊断等领域,太赫兹领域的研究对国民经济和国家安全有重大应用价值。在太赫兹的相关研究中,实现太赫兹波的动态调制对太赫兹的进一步应用具有重要意义。超表面作为一种操纵电磁波的人工结构,在调整太赫兹波的幅度、相位、频段等电磁特性方面起着关键作用。而频率选择超表面可以允许或阻止特定频段的太赫兹波通过,类似于“阀门”之于水流的作用,是一类不可或缺的超表面。现有的研究表明,可以采用多种手段,如电场、磁场、光泵、温度等,对频率选择超表面的电磁特性进行实时调制。但这些方法往往要求额外的可变物理场环境,使得其难以应用于无电源和轻量化等特殊场景。

北京航空航天大学李宇航课题组和电子科技大学潘泰松课题组基于上述需求背景,合作研发了一款超薄可延展的机械可调频率选择超表面。该超表面以可延展柔性电子中广泛采用的蛇形网格结构为基本构型,直接利用Al/PI膜进行制备,不需额外的弹性体衬底,从而使超表面的总厚度仅为7μm。周期性Al/PI结构使超表面具有频率选择特性,可阻止特定频率的太赫兹波通过。极低的厚度以及网格结构提供了结构的可延展性,使超表面可以被容易地拉伸、弯曲和扭转,并可与曲面实现良好的共形结合。与此同时,超表面所具有得可延展性使得其电磁特性可通过简单地施加机械应变进行调制。太赫兹时域光谱结果表明, 该超表面具有带阻频率选择特性。在施加28%的宏观拉伸应变后,谐振频率点的太赫兹透射率可从0.15调到0.5,而谐振频率的偏移只有3.4%。通过相应的电磁仿真和LC等效电路模型,该超表面的工作机理也进行了阐释。

研究者相信,此项研究所提出的超薄可延展的机械可调频率选择超表面,为利用超表面人工结构进行太赫兹波调制提供了新的思路,同时展示了蛇形网格结构在柔性可延展电子中仍具有很大的应用潜力。相关论文在线发表在small (DOI: 10.1002/smll.202002484)上。