近期，中國科學院上海光學精密機械研究所紅外光學材料研究中心董紅星研究員和張龍研究員團隊在多波段獨立可調(diào)的吸波器研究方面取得進展。該工作采用二硫化鉬構造超構表面，在中紅外波段實現(xiàn)了三波段的完美電磁吸收，通過調(diào)節(jié)二硫化鉬的載流子濃度可以實現(xiàn)對吸收峰的動態(tài)獨立調(diào)控，該器件可用作可調(diào)諧的紅外探測器和紅外隱身材料。相關研究成果以“Independently tunable infrared absorber using stacked molybdenum disulfide metasurfaces”為題發(fā)表于Applied Surface Science。

超構表面能夠在亞波長尺度下實現(xiàn)對光場振幅、頻率、偏振和相位的自由調(diào)控，成為了國際上微納光學領域的重要研究內(nèi)容。其中，超構表面吸波器能夠?qū)崿F(xiàn)對光場振幅的有效控制，在傳感、光電轉換、隱身和通信等領域都具有廣泛的應用前景。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，不能滿足現(xiàn)代光子學系統(tǒng)小型化、輕質(zhì)化、集成化和智能化的需求。

針對上述問題，研究團隊利用二維材料二硫化鉬設計超構表面，提出了一種三波段獨立可調(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，成功在7.9、12和17 μm處實現(xiàn)了99%以上的電磁波吸收，同時在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，通過調(diào)節(jié)二硫化鉬的載流子濃度，可以對三個吸收峰進行動態(tài)獨立調(diào)控，并利用多重反射干涉理論模型成功解釋了其內(nèi)在物理機制，理論與實驗結果符合得很好。該項研究成果解決了目前傳統(tǒng)吸波材料吸收率低、不可調(diào)以及缺少理論指導的問題，在紅外隱身、紅外探測、熱輻射測量等方面具有潛在的應用前景。

該工作得到國家自然科學基金、上海市青年拔尖人才計劃等項目的支持。

圖1 所提出超構表面吸波器的結構示意圖。

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