A Tunable Terahertz Metamaterial Perfect Absorber Based on Vanadium Dioxide
本文设计了一种基于VO2的可调谐太赫兹超材料完美吸收体，并通过三维FDTD仿真验证其在1–12 THz内具有三个偏振不敏感、随VO2电导率调谐且可容忍6度入射角的共振吸收峰。
2024-01-26 physics.app-ph physics.optics
Ultracompact Vanadium Dioxide Dual-Mode Plasmonic Waveguide Electroabsorption Modulator
亚波长调制器在集成光电子电路中起着不可或缺的作用。由于光与物质之间的相互作用很弱，因此开发具有纳米尺寸、低开关能量、低插入损耗和大调制深度的调制器一直是一个挑战。在本文中，我们提出了一个二氧化钒双模等离子体波导电吸收调制器的设计使用金属-绝缘体-VO $_2$ -绝缘体-金属（MIMIM）波导平台。通过改变二氧化钒的折射率，调制器可以在“接通”状态期间路由等离子体波通过低损耗电介质绝缘体层，并且在“断开”状态期间路由等离子体波通过高损耗VO $_2$层，从而显著降低插入损耗，同时保持大的调制深度。例如，这种超紧凑波导调制器可以实现~ 10 dB的大调制深度，有源尺寸仅为200 × 50 × 220 nm $^3$（或~λ $^3$ /1700），需要~4.6V的驱动电压。这种高性能的等离子体调制器可能是下一代芯片技术中完全集成等离子体纳米电路的关键之一。
2013-12-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Vanadium dioxide as a natural disordered metamaterial: perfect thermal emission and large broadband negative differential thermal emittance
我们的实验表明，沉积在蓝宝石上的二氧化钒（VO 2）薄膜（~150 nm）具有异常的热发射率曲线加热时，这是由于薄膜和衬底之间的光学相互作用时，VO 2是在其绝缘体-金属过渡（IMT）的中间状态。在IMT区域内，VO 2膜包括金属和介电相的纳米级岛，因此可以被视为天然的无序超材料。这种结构在窄波长范围（~40 cm-1）内显示出“完美”的黑体状热发射率，超过了我们的黑色烟灰参考的发射率。我们在>10 °C的范围内观察到大的宽带负差热发射率：在加热时，VO 2/蓝宝石结构发射较少的热辐射，并且在红外相机上显示较冷。我们预计，发射率工程与薄膜的几何形状，包括VO 2将发现应用于红外伪装，热调节，红外标签和标记。
2013-04-30 physics.optics
Dynamically controlled plasmonic nano-antenna phased array utilizing vanadium dioxide
我们提出并理论分析了一种方法，用于实现可调谐光学相控阵天线，利用VO2的电子波束转向应用在近红外光谱范围内的属性。该设备是基于一个一维阵列的槽纳米天线刻在一个薄的Au膜上生长的VO2层。通过在器件上引起温度梯度来获得调谐，这改变了VO2的折射率，并因此通过在下面的PCM层内产生热梯度来修改包括阵列的元件的相位响应。使用一个10元阵列，我们表明，入射光束可以转向到相对于正常的，通过施加一个梯度小于10°C。
2017-02-08 physics.optics
Polarization-sensitive tunable extraordinary terahertz transmission based on a hybrid metal-vanadium dioxide metasurface
Yeungnam University（荣州大学）
研究提出一种基于混合金属-氧化钒超材料的可调非常规太赫兹传输结构，通过调控氧化钒导电性实现极化敏感的太赫兹传输调制，可应用于太赫兹调制器、可重构滤波器和开关。
2026-05-11 physics.optics
Thermal hysteresis in scattering by vanadium-dioxide spheres
二氧化钒（VO2）从纯单斜晶系转变为纯四斜晶系，从58摄氏度加热到72摄氏度，转变是可逆的，但滞后。在电磁方面，如果自由空间波长小于1100 nm，则VO2从耗散电介质转变为另一种耗散电介质，但是如果自由空间波长超过1100 nm，则从耗散电介质转变为等离子体金属（反之亦然）。计算VO2球的消光、总散射、吸收、辐射压力、后向散射和前向散射效率，我们发现在（i）自由空间波长小于1100 nm的前向散射、后向散射和吸收效率，以及（ii）前向散射、后向散射、总散射、以及对于大于1100 nm的自由空间波长的吸收效率。真空和零介电常数准态发生在58摄氏度和72摄氏度之间，当四氧化钒VO2是一种等离子体金属时，在热滞后的加热分支上各一次，在冷却分支上各一次。但是，这六个效率都没有显示出两个准态之间的显着差异。
2022-07-02 physics.optics
Experimental Demonstration of Dynamic Thermal Regulation using Vanadium Dioxide Thin Films
我们提出了一个实验演示的被动，动态热调节的固态系统与温度相关的热发射率开关。我们实现了这种效果，使用多层器件，包括二氧化钒（VO2）薄膜的硅衬底上的金背反射器。我们实验表征的VO2薄膜的光学特性，并使用结果来优化器件设计。使用校准的瞬态量热实验，我们直接测量随时间变化的热负荷所产生的温度波动。在实验室条件下，我们发现，该设备调节温度比一个恒定的发射率样品。我们使用实验结果来验证我们的热模型，它可以用来预测在太空条件下的器件性能。在此限制下，相对于恒定发射率样本，热波动减半。
2020-02-28 physics.app-ph physics.optics
Low-voltage broadband hybrid plasmonic-vanadium dioxide switches
表面等离子体激元可以显著减小光学器件的尺寸，因为它们可以将光聚集到（亚）波长尺度。然而，具有高效率、低插入损耗和高消光比的（亚）波长尺度电光等离子体激元开关或调制器由于其小的有效体积而仍然是一个挑战。在这里，我们使用相关电子材料二氧化钒的绝缘体-金属相变来克服这一限制，并展示具有集成电气控制的紧凑、宽带和高效的等离子体激元开关。这些器件的长度为微米级，工作波长接近1550 nm。开关带宽超过100 nm，施加的电压仅为400 mV就足以达到超过20 dB的消光比。我们的研究结果说明了使用相变材料的高效和超紧凑的等离子体开关和调制器的潜力。
2012-10-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.optics
Thermally reconfigurable extraordinary terahertz transmission using vanadium dioxide
Sarab Branch, Islamic Azad University（伊斯兰阿扎德大学萨拉布分校）；University of Tabriz（大不里士大学）；Yeungnam University（荣州大学）
研究通过氧化钒相变材料实现可重构非凡太赫兹传输，利用亚波长孔洞结构调控传输窗口，实现红移或蓝移，并展示其在太赫兹调制器和可重构滤波器中的应用潜力。
2026-05-07 physics.optics
Extreme Ultraviolet Transient Grating Spectroscopy of Vanadium Dioxide
在极紫外（EUV）和软X射线光谱范围内的非线性光谱学提供了使用芯-价跃迁的超快动力学的元素选择性探测的机会（Mukamel等人，42，553（2009））。我们展示了这条路径上的一个步骤，显示在瞬态光栅光谱与EUV探测的核心价灵敏度。我们研究了光致绝缘体到金属的转变（IMT）的VO 2薄膜的EUV衍射从光激发的样品。VO 2表现出伴随着声学响应的V的3 p-3d共振的变化。由于宽带探测，我们能够分离这两个特征。
2014-05-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Imaging the nanoscale phase separation in vanadium dioxide thin films at terahertz frequencies
利用无孔散射近场光学显微镜（SNOM）研究了二氧化钒（VO 2）薄膜通过温度诱导的绝缘体-金属转变（IMT）的纳米级光学响应。我们比较了在中红外（MIR）和太赫兹（THz）频率下的过渡图像，使用与低温和高温兼容的定制宽带THz-SNOM。我们观察到，在VO 2膜的空间不均匀性的字符强烈依赖于探测频率。此外，我们发现，个别绝缘（或金属）域有一个依赖于温度的光学响应，在一个经典的一阶相变的假设。我们讨论了这些结果的动力学平均场论计算的二聚体哈伯德模型最近应用到VO 2。
2017-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el physics.ins-det
Limiting optical diodes enabled by the phase transition of vanadium dioxide
限幅光学二极管是一种非对称非线性器件，在低功率下是双向透明的，但在被从特定方向入射的足够强的光照射时变得不透明。我们探索使用的相变材料，二氧化钒（VO2），作为一个积极的限制光二极管的元素。VO 2的相变可以由光吸收触发，导致折射率的变化比传统非线性所能实现的变化大几个数量级。因此，基于VO2层中的入射方向相关吸收的限幅光学二极管可以非常薄，并且可以在没有场增强的情况下在低功率下起作用，从而导致宽带操作。我们展示了一个简单的薄膜限幅光二极管，包括一个透明的基板，VO2膜，和半透明的金属层。对于足够高的入射强度，我们的概念验证设备实现了近红外的宽带非对称传输，并且比自由空间波长薄约十倍。
2018-01-20 physics.app-ph physics.optics
Maximizing Infrared Transmission Contrast Upon Phase Transition of Thermally Grown Vanadium Dioxide Thin Films by Rapid Thermal Processing
School for Engineering of Matter, Transport and Energy, Arizona State University（亚利桑那州立大学物质、运输与能源工程学院）
通过快速热处理优化二氧化钒薄膜的相变特性，提升红外透射对比度并实现高热控制性能
2025-04-28 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
An Optimized Self-Adaptive Thermal Radiation Turn-Down Coating with Vanadium Dioxide Nanowire Array
用于热辐射冷却应用的高性能超颖表面可以使用计算优化方法来识别。这项工作已经确定了一个易于制造的温度相变VO 2纳米线阵列放置在介电BaF 2法布里-珀罗腔金属上的总涂层厚度为2 μ m。这种优化结构在宽的热红外光谱范围内具有在低温高反射率和高温高发射率之间自适应切换的能力。与先前实现的利用VO 2超颖表面和多层的配置相比，该设计展示了卓越的调低品质因数。该机制是通过亚波长纳米线阵列有效介质实现的，该介质在抗反射梯度涂层和法布里-珀罗干涉之间切换。这种薄的超颖表面涂层可能会影响太阳能电池、蓄电池和电气设备的自冷却，其中在高温下存在风险。
2021-08-13 physics.app-ph physics.optics
Thermally switchable polarization manipulation and diodelike transmission in scalable, resonator-free, mid-infrared metasurfaces with vanadium-dioxide grids
我们概念化的三个阵列可扩展的超颖表面，包括只有三个薄的带状网格和数值证明了他们的特点，在中红外光谱制度的可切换的偏振操纵和相关的非对称二极管状传输（AT）。一些或所有的网格被认为是由VO $_2$，相变材料。对于每个提出的超颖表面，两个有效的结构，因此，存在两个不同的功能，对应于VO $_2$的金属和绝缘相。实现的功能切换的情况下，取决于VO $_2$阶段显着依赖于VO $_2$被纳入到元表面的方式。偏振操纵的可切换波段高达40 THz宽。当法布里-珀罗（反）共振起作用时，AT波段可以被调制。
2022-03-23 physics.app-ph physics.optics
Radiative thermal switch via metamaterials made of vanadium dioxide-coated nanoparticles
本文提出一种基于VO2包覆核壳纳米颗粒超材料的近场辐射热开关，通过壳层与核的耦合增强绝缘态传热并阻断金属态激发，使开关比相比传统VO2平板提高2倍以上，在100 nm真空间隙下达到90.29%，为热光子逻辑电路提供了新途径。
2023-09-20 physics.app-ph physics.optics
Electrically driven reprogrammable vanadium dioxide metasurface using binary control for broadband beam-steering
共振光学相控阵是一种很有前途的方式，以达到完全可重构的超表面在光学和近红外制度，低能耗，低足迹和高可靠性。连续可调谐谐振结构具有固有的缺点，例如低相位范围、幅度-相位相关性或极端灵敏度，这使得在单个元件水平上的精确控制非常具有挑战性。为了绕过这些问题，我们使用1位（二进制）控制波束转向的创新纳米谐振器天线，并探讨这种相控阵列的理论能力。提出了一种基于二氧化钒夹在金属-绝缘体-金属结构中的热现实结构，并使用逆向设计进行了优化，以提高其在1550 nm处的性能。利用二元控制成功地实现了90°范围内的连续波束转向，与基于相控阵理论第一原理描述的预测非常一致。此外，实现了从1500 nm到1700 nm的宽带响应。还证明了设计制造缺陷的鲁棒性。这种简化的方法可以被实现以基于用于各种功能的其他材料或相移机制来优化可调谐纳米光子相控阵超颖表面。
2022-06-13 physics.app-ph physics.optics
Ultra-high endurance silicon photonic memory using vanadium dioxide
针对光子存储器因指标权衡难以实现超高耐久度的问题，提出使用二氧化钒的硅光子存储器，实现高达10^7次循环无退化且占位面积低于5 μm，可应用于原位训练的光子神经网络。
2025-02-03 physics.app-ph physics.optics
Spectrally-Selective Vanadium Dioxide Based Tunable Metafilm Emitter for Dynamic Radiative Cooling
动态辐射冷却与可变发射功率的实验表明，在这项研究中的波长选择性可调元膜发射器，它由一个不透明的铝膜，溅射硅间隔，和热致变色二氧化钒（VO 2）层通过炉氧化方法制造。温度依赖的光谱发射率，实验获得的光谱反射率测量，清楚地显示了一个明显的发射峰约10 μ m波长时，VO 2经历了绝缘体到金属相变附近65 C。可调金属膜发射器实现了显着的总发射度从室温下的0.14增加到100 ℃下的0.6。基于薄膜光学的理论模型表明，高温下的发射增强是通过与金属VO 2薄膜的法布里-珀罗腔共振实现的。此外，进行了基于量热的热真空实验，并在高于相变温度的温度下实验证明了所制造的可调元膜样品的增强的热发射，与黑色、铝和掺杂硅样品相比，其发射率在室温附近变化不大。所开发的可调元膜发射器在中红外具有可变的光谱选择性发射率，为地球和地外动态辐射冷却应用带来了巨大的希望。
2020-05-13 physics.app-ph physics.optics
Complementary Vanadium Dioxide Metamaterials with Enhanced Modulation Amplitude at Terahertz Frequencies
创建可调谐超材料的一种途径是通过与“按需”动态量子材料（如二氧化钒（VO 2））集成。这使得新的模式能够为历史上具有挑战性的应用创建高性能设备。事实上，动态材料经常与超材料集成，以赋予人工结构某种程度的可调谐性。相反，超材料可用于增强和扩展动态材料的自然调谐范围。利用沉积在VO 2薄膜上的互补开口环谐振器阵列，我们证明了在~340 K下穿越绝缘体-金属过渡（IMT）时增强的太赫兹透射调制。我们的互补超材料将原始VO 2膜的调制幅度从42%增加到68.3%，在0.47 THz时穿过IMT，对应于62.4%的增强。此外，温度相关的传输测量揭示了由VO 2膜的介电常数的巨大增加所产生的谐振频率的红移。Maxwell-Garnett有效介质理论被用来解释介电常数在通过IMT时的变化。我们的研究结果强调，超材料阵列与量子材料的共生集成提供了一个强大的方法来工程紧急功能。
2022-06-23 physics.app-ph physics.optics
Switchable induced-transmission filters enabled by vanadium dioxide
摘要：一种感应透射滤波器（ITF），使用位于电介质薄膜带通滤波器内的电场节点处的金属的反射层来选择一个透射频带，同时抑制在没有金属层的情况下会存在的其它透射频带。在这里，我们介绍了一种可切换的中红外ITF，其中金属膜可以“打开和关闭”，使滤波器响应从单波段到多波段的调制。开关是由二氧化钒（VO 2），经历了可逆的绝缘体到金属相变深亚波长膜。我们设计和实验证明了ITF，可以在两种状态之间切换：一个宽通带跨越长波红外（LWIR，8 - 12 μ m）和一个窄通带在~8.8 μ m。我们的工作将ITF -以前是一种利基类型的带通滤波器-推广到一类新的可调器件中。此外，我们独特的制造工艺-从悬浮膜上的薄膜VO 2开始-使VO 2能够集成到任何与物理气相沉积（PVD）工艺兼容的薄膜组件中，因此是实现可调谐薄膜滤波器的新平台。
2021-06-13 physics.app-ph physics.optics
The method to improve the speed of RF switches based on vanadium dioxide
本文提出通过将相变射频开关的散热层替换为高导热材料，在略微降低升温速率的同时显著提高降温速率，使开关切换速度提升近28.4%，为热致相变射频开关提速提供了新思路。
2024-11-06 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Thermodynamics of the ultrafast phase transition of vanadium dioxide
IMDEA Nanoscience（IMDEA纳米科学研究所）；CNRS, Univ Rennes, Institut de Physique de Rennes（法国国家科学研究中心，雷恩大学，雷恩物理研究所）；The University of Tokyo（东京大学）；Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2), CSIC and BIST（加泰罗尼亚纳米科学与技术研究所（ICN2），西班牙高等科学研究理事会和巴塞罗那综合理工学院）；Department of Physics and Astronomy, Aarhus University（奥胡斯大学物理与天文系）
该研究通过热力学框架揭示了vanadium dioxide超快相变中高频氧模式对金属相稳定性的关键作用，并提出了一种无需复杂实验的方法来研究其他光诱导相变。
2026-03-04 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el physics.optics
Towards Morphologically Induced Anisotropy in Thermally Hysteretic Dielectric Properties of Vanadium Dioxide
使用Bruggeman均匀化形式数值研究了二氧化钒柱状薄膜的介电特性，发现其在58-72°C下表现出依赖温度的各向异性迟滞，且孔隙率比横截面形状对各项异性的影响更显著。
2022-09-01 physics.optics
Optical properties of thin-film vanadium dioxide from the visible to the far infrared
二氧化钒（VO2）中的绝缘体-金属转变（IMT）可以实现各种光学应用，包括开关和调制、光限幅以及光学谐振器的调谐。尽管人们对光学有着广泛的兴趣，但VO2在其IMT上的光学特性分散在整个文献中，并且在某些波长区域不可用。利用宽带椭偏光谱、反射光谱和有效介质理论，研究了VO2薄膜在300 nm~30 μ m自由空间波长范围内的复折射率。我们研究了不同厚度的VO2薄膜，在两个不同的衬底（硅和蓝宝石），并使用不同的合成方法（溅射和溶胶-凝胶）生长。虽然在不同条件下合成的VO2的光学性质存在差异，但与IMT引起的变化相比，它们相对较小，最明显的是在约2 - 11 μ m的范围内，其中VO2的绝缘相具有相对较低的光学损耗。我们发现，与电学性质相比，VO2的宏观光学性质对样品间的变化更加鲁棒，这使得本文的折射率数据集广泛适用于基于VO2的光学和光电元件的建模和设计。
2019-01-08 physics.app-ph physics.optics
Decoupled few-femtosecond phase transitions in vanadium dioxide
本文利用超宽带少飞秒泵浦-探测光谱，在基本时间尺度上分辨出VO2光致相变中电子转变（10 fs内进入坏金属相）与结构转变（约100 fs完成，伴随瞬态半金属态）的解耦过程，并结合张量网络与密度泛函理论计算揭示了钒二聚体分离与解扭的双时间尺度动力学。
2024-02-05 cond-mat.str-el physics.optics
Sub-milliwatt threshold power and tunable-bias all-optical nonlinear activation function using vanadium dioxide for wavelength-division multiplexing photonic neural networks
针对WDM光子神经网络需有效激活函数的问题，提出基于VO₂的低功耗可调偏置全光非线性激活函数，设计SiN/BTO波导实现亚毫瓦阈值、类ELU特性，验证其在CNN中的应用潜力。
2024-07-23 physics.app-ph physics.optics
Single Vanadium Dioxide Nanoparticle-Enabled Plasmonic switch with Thermal and Electronic Reconfigurability
本文提出基于单个 VO2-x 纳米颗粒的热、电双可重构等离子体开关，实现 6 dB 可逆电调制及同步光电读出，可作为相变存储单元并促进集成神经形态器件发展。
2025-05-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Vanadium oxide metal-insulator phase transition in different types of one-dimensional photonic microcavities
二氧化钒（$VO_2$）的光学性质可以通过金属-绝缘体转变来调节。在这项工作中，不同类型的一维光子结构为基础的微腔，嵌入二氧化钒已在900 nm和2000 nm之间的光谱范围内进行了研究。特别地，$VO_2$被夹在：i）由$SiO_2$和$ZrO_2$制成的两个光子晶体; ii）由遵循Thue-Morse序列的$SiO_2$和$ZrO_2$制成的两个非周期性结构; iii）由$SiO_2$和$ZrO_2$制成的两个无序光子结构，其中通过两种材料的随机序列或通过层厚度的随机变化引入无序; iv）由$SiO_2$、$Al_2O_3$、$Y_2O_3$和$ZrO_2$制成的两个基于四种材料的光子晶体。有序结构I和IV分别示出了具有缺陷模式的一个和两个强烈的透射谷，而非周期性和无序结构II和III示出了由于其复杂的分层配置而导致的多个透射谷。由温度控制的$VO_2$的金属-绝缘体转变导致微腔的光学性质的调制。
2022-08-29 physics.optics
Active Loss Engineering in Vanadium Dioxide Based BIC Metasurfaces
本文提出一种基于二氧化钒-硅超表面的主动损耗工程方法，将高固有损耗转化为优势，结合连续域束缚态的远场耦合可调性，实现辐射与非辐射损耗的独立精确控制，实验验证了高Q值、高反射幅度和高切换对比度。
2023-12-01 physics.app-ph physics.optics
Design and Analysis of a Vanadium Dioxide-Based Ultra-Broadband Terahertz Metamaterial Absorber
本文设计并分析了一种基于VO2的超宽带太赫兹超材料吸收体，利用VO2相变实现动态调控，平均吸收率达98.15%，带宽5.38 THz，具有偏振不敏感和结构简单的优势。
2025-08-07 cs.SY eess.SY physics.app-ph
Design and Optimization of a Metamaterial Absorber for Solar Energy Harvesting in the THz Frequency Range
本文设计并优化了一种基于金、二氧化钒和二氧化硅的三层超材料吸收器，在2.414–5.417 THz宽带范围内实现超过90%的高效、偏振不敏感太阳能吸收。
2025-07-17 cs.SY eess.SY physics.optics
Active Control of Bound States in the Continuum in Toroidal Metasurfaces
本研究利用相变材料二氧化钒的温度诱导相变特性，调控集成二氧化钒薄膜的金开口环环形超表面的准BIC共振，实现了约10°C温度变化下14 dB的振幅调控，且打破超原子对称可提升调谐能力。
2024-07-09 physics.app-ph physics.optics
Tuning carrier density and phase transitions in oxide semiconductors using focused ion beams
我们展示了空间修改的薄膜金属氧化物，氧化锌和二氧化钒的光学性质为代表，使用商业聚焦离子束（FIB）系统。使用Ga+ FIB和热退火，我们展示了能带半导体氧化锌（ZnO）的可变掺杂，实现了10^18 cm-3至10^20 cm-3的载流子浓度。使用相同的FIB，没有随后的热退火，我们缺陷设计了一种相关的半导体，二氧化钒（VO 2），局部修改其绝缘体到金属转变（IMT）温度范围约为25摄氏度。通过使用FIB直接写入的金属氧化物的这种区域选择性改性为光学结构的制造提供了简单的、无掩模的途径，特别是当需要多个或连续水平的掺杂或缺陷密度时。
2022-06-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
High Infrared Reflectance Modulation in VO2 Films Synthesized on Glass and ITO coated Glass substrates using Atmospheric Oxidation of Vanadium
二氧化钒（VO 2）是一种强相关材料，在~68 C下表现出绝缘体到金属的转变，以及大的电阻率和红外光学反射调制。本论文采用常压热氧化法在玻璃和ITO镀膜玻璃上制备VO 2薄膜。在优化的短氧化时间为2 min和4 min时，合成的VO 2薄膜在玻璃基片上显示出长波红外的高光学反射率，在ITO涂层玻璃基片上显示出中波长红外的高光学反射率。峰值反射率切换值的~76%和~79%，得到相应的基板上，这是最高的报道值。使用的反射率数据，我们提取VO 2在红外波长的复折射率，在绝缘和金属相。提取的折射率显示出良好的协议与VO 2使用其他方法合成。在低成本玻璃和ITO涂覆的玻璃基板上生长的VO 2薄膜中，使用简单的低热预算工艺的高光学反射率切换的演示将有助于增强VO 2在光学领域中的应用。
2021-06-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Recent advance in phase transition of vanadium oxide based solar reflectors and the fabrication progress
二氧化钒（VO 2）作为一种相变材料，在金属态和绝缘体态之间的相变过程中控制着热量的传递。在高于68 ℃的温度下，金红石结构的VO 2将热量阻挡在外并增加红外辐射反射率，而在较低温度下，单斜结构的VO 2充当透明材料并增加透射辐射。在本文中，我们首先介绍了在高温和低温下的金属-绝缘体相变（MIT）。利用Ansys HFSS软件模拟了超材料反射器的超表面VO 2，分析了VO 2的金红石相和单斜相的发射率可调谐性。在下一节中，我们将回顾通过改变溅射气体的压力和衬底的温度在玻璃和硅衬底上沉积热致变色VO 2的最新进展。最后，我们在300 ℃以上的温度下，用V_2O_5靶材在不同的氧氩混合气氛下，在厚SiO_2衬底上原位溅射制备了VO_x薄膜，并对其进行了X射线衍射分析。近年来，基于热致变色VO 2的超材料结构开辟了被动节能光学太阳反射器的新途径。
2022-01-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Plasmonically enhanced spectrally selective narrowband MWIR and LWIR light detection based on hybrid nanopatterned graphene and phase changing vanadium oxide heterostructure operating close to room temperature
我们提出了一个超灵敏中红外（中红外）光电探测器的模型，该光电探测器工作在中波长红外（MWIR）和长波红外（LWIR）域，由纳米图案化石墨烯（NPG）和二氧化钒制成的混合异质结构组成（VO $_2$），其表现出$R\sim 10^4$ V/W的大响应度，超过$D^*\sim 10^{10}$ J的探测率，以及通过利用薄VO $_2$膜的相变，在接近室温的噪声等效功率$\mathrm{NEP}\sim 100$ fW/ $\sqrt{\rm Hz}$方面的灵敏度。我们提出的光电探测器可以达到近100%的吸收单层石墨烯由于局部表面等离子体（LSP）周围的图案化的圆孔。纳米图案的几何形状和静电栅极电势可用于在3和12 $μ$ m之间调节中IR区域中的吸收峰。在通过NPG片的光子吸收和由此产生的VO $_2$从绝缘相到金属相的相变之后，所施加的偏置电压$V_b$触发通过VO $_2$片的电流，该电流可以在约1 ms内被电子地检测到，比当前VO $_2$测辐射热计的检测时间短。我们设想的中红外光电探测器达到低温冷却碲镉汞光电探测器的探测率和灵敏度大于VO $_2$微测辐射热计，同时接近室温工作。
2021-03-18 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optically Induced Thermal Runaway in Phase-Change VO2 Nanostructures
Brno University of Technology（布尔诺理工大学）
本研究针对亚波长相变光子学中热失控未被探索的问题，通过耦合全波电动力学与热传递的迭代多物理场框架，发现VO₂纳米结构存在光诱导热失控，其阈值受多因素影响，为相关器件设计提供了关键原则。
2026-08-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Deciphering the dynamics of the light-induced phase transition in VO$_2$
本文利用单周期光瞬态对VO$_2$晶体进行相位分辨超快光谱研究，揭示了光致相变中先发生M1绝缘相到R*金属相的结构转变、随后发生电子热化与弛豫的两步动力学过程。
2025-09-22 cond-mat.str-el physics.optics
Temporal dynamics of all-optical switching in hybrid VO2/Si waveguides
二氧化钒（VO 2）是最有希望用于混合光子集成器件（PIC）的材料之一。然而，尽管切换时间低至几个飞秒已被报道，全光时域动态的VO 2嵌入在波导中使用面内光信号仍然隐藏。在这里，我们实验研究这种行为在混合VO 2/Si波导中使用泵浦-探测测量电信波长。我们的研究结果表明，开关时间在微秒和纳秒范围内，这表明相变是热触发的光吸收的VO 2和时间响应是由热传导动力学。通过适当的工程的光脉冲，我们展望纳秒的切换时间与几个纳焦耳的能量消耗。我们的研究结果揭示了一个新的时间动态，这将是有用的开发未来的全光VO 2光子集成器件。
2020-07-22 physics.app-ph physics.optics
Tunable Directional Filter for Mid-Infrared Optical Transmission Switching
控制红外（IR）辐射的光谱和角度响应是一项具有挑战性的任务，对于各种新兴的光子应用至关重要。在这里，我们克服了这些问题，提出并分析了一种新的设计的可调谐窄带定向光传输滤波器。所提出的热控多层滤波器利用二氧化钒（VO 2）的温度依赖性相变特性，通过使用泵浦-探测激光激发设置来实现高效且可逆的快速光开关。更具体地，由于在升高的温度下引起的VO 2金属性质，高强度探测激光的透射被阻挡，而在低探测激光强度下，仅对于被限制在接近法向入射角的窄带IR范围，通过滤波器的高透射发生。这种多层复合介质滤光片有望在光通信领域中得到应用，它可以作为红外滤光片和光开关的双重功能。
2022-09-26 physics.app-ph physics.optics
