博科園：本文為物理學類

光學電路將徹底改變許多器件的性能。它們不僅比電子電路快10到100倍，而且耗電量也少得多。在這些電路中，光波由被稱為超表面的極薄表面控制，超表面可以集中光波並在需要時引導光波。這些超表面含有間隔規則的納米顆粒，可以在亞微米波長範圍內調製電磁波。Metasurfaces可以讓工程師們製造出柔韌的光子電路和超薄光學器件，應用範圍從柔韌的平板電腦到具有增強光吸收特性的太陽能電池板。它們還可以用來製造靈活的感測器，直接放置在病人的皮膚上，例如，用來測量脈搏和血壓或檢測特定的化合物。

問題是，使用傳統方法光刻創建元表面是一個非常講究的過程，需要幾個小時，而且必須在潔凈室中完成。但是來自光子材料和光纖設備實驗室(FIMAP)的EPFL工程師們現在已經開發出一種簡單的方法，可以在不需要潔凈室的情況下，在幾分鐘內(有時甚至是在室溫下)製造出它們。EPFL的工程方法學院生產的介電玻璃元表面可以是剛性的，也可以是撓性的，其研究成果發表在《自然納米技術》上。

把弱點變成優點

這種新方法採用了流體力學中已經使用的自然過程：脫水。當材料的薄膜沉積在基體上並加熱時，就會發生這種現象。熱量使薄膜收縮並分裂成微小的納米顆粒。該研究的主要作者、FIMAP的負責人法比安?索林說：在製造業中，除濕被視為一個問題。通過這種方法，工程師們第一次能夠創造出介電玻璃的超表面，而不是金屬的超表面。介電超表面的優點是，它們吸收的光很少，折射率很高，因此可以調節通過它們傳播的光。為了構建這些元表面，工程師首先創建了具有所需架構的基體紋理。然後在只有幾十納米厚的薄膜上沉積了一種物質——在這種情況下是硫族玻璃。

這種新方法採用了流體力學中已經使用的自然過程：脫水。圖片：Vytautas Navikas / 2019 EPFL

隨後加熱基質幾分鐘，直到玻璃變得更加流體化，納米顆粒開始按照基質的紋理大小和位置形成。這種方法非常有效，它可以用幾層納米顆粒或間隔10納米的納米顆粒陣列生成高度複雜的超表面。這使得metasurfaces對環境條件的變化非常敏感，比如檢測到即使是非常低濃度的生物製品。這是第一次用濕法來創造玻璃超表面。其優點是，超表面光滑而有規律，可以很容易地在大的表面和靈活的基底上生產。

博科園-科學科普｜研究/來自: 洛桑聯邦理工學院

參考期刊文獻:《Nature Nanotechnology》

DOI: 10.1038/s41565-019-0362-9

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