超材料所具有的奇特電磁特性主要是來自于其金屬圖形結(jié)構(gòu)及尺寸，它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的遠(yuǎn)場傳輸調(diào)制。另一方面，入射電磁輻射與合理設(shè)計(jì)的金屬短線或開口諧振環(huán)陣列等超材料耦合作用后可以在工作頻率處激發(fā)局域表面等離子體諧振、在金屬短線狹縫或諧振環(huán)開口附近形成極度增強(qiáng)的近場（或稱“熱點(diǎn)”），其局域電場強(qiáng)度遠(yuǎn)高于入射場；這種不尋常的近場分布會(huì)產(chǎn)生增強(qiáng)的光與物質(zhì)相互作用，它可應(yīng)用于表面增強(qiáng)拉曼散射、光傳感、以及非線性效應(yīng)。

武漢光電國家實(shí)驗(yàn)室光電子器件與集成功能實(shí)驗(yàn)室的博士生孟德佳、賴建軍研究員、陳長虹教授（通訊作者）提出了一種太赫茲波混合超材料，并在實(shí)驗(yàn)上與激光與太赫茲功能實(shí)驗(yàn)室的王可嘉副教授以及美國德州理工大學(xué)的Z. Fan教授等人合作、驗(yàn)證了VO2的熱溫度相變可以實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬開口諧振環(huán)超材料的近場強(qiáng)度與“熱點(diǎn)”尺寸的主動(dòng)調(diào)控。所設(shè)計(jì)的太赫茲波混合超材料能夠用來操控光與物質(zhì)相互作用，它具有以下的優(yōu)點(diǎn)：（1）可雙頻帶選頻或調(diào)諧工作；（2）對(duì)不同的近場耦合所導(dǎo)致的工作頻率漂移具有補(bǔ)償能力；（3）可有效地避免由輻射場引起的VO2擊穿，提高了器件的可靠性。

2015年4月15日，該研究成果“太赫茲波混合超材料可調(diào)控的近場強(qiáng)度及尺寸”（Controllable near-field intensity and spot size of hybrid terahertz metamaterial）發(fā)表在Optics Letters （Vol. 40, Iss. 8, PP. 1745-1748, 2015）；該項(xiàng)研究工作得到國家自然科學(xué)基金（Grant Nos. 61176064、61474051）的資助，VO2薄膜生長與器件工藝是在美國科學(xué)基金（ECCS-1128644）支持下完成。

圖  太赫茲波混合超材料在不同溫度下的遠(yuǎn)場透射譜、近場強(qiáng)度與“熱點(diǎn)”尺寸的調(diào)控

來源：武漢光電國家實(shí)驗(yàn)室(籌)