Ultra-broadband acoustic ventilation barriers via hybrid-functional metasurfaces
通风屏障允许同时隔音和自由气流通道是一个巨大的挑战，但对于需要隔音通风的特定场景是必要的。基于局部共振或类范诺干涉的先前工作在共振或相消干涉频率附近提供窄的工作范围。在宽带设计方面所做的努力表明，有限的带宽通常小于半个倍频程。在这里，我们从理论上设计了一个超宽带通风屏障，通过混合耗散和干扰。通过实验证实，我们的混合功能超颖表面的协同效应显著扩大了其工作频率的范围，导致在650 - 2000 Hz范围内有效阻挡90%以上的入射能量，而其结构厚度仅为53 mm $(\sim λ/ 10)$。我们的设计在定制宽带方面表现出极大的灵活性，能够处理来自各个方向的声音，这在透气隔音应用中具有潜力。
2020-10-16 physics.app-ph
Broadband Tunable Terahertz Polarization Converter based on Graphene-shaped Metasurfaces
本文提出了一种基于石墨烯超颖表面的宽带可调谐偏振转换器。这种偏振转换器工作在太赫兹（THz）频率区域，利用石墨烯特性的优势，具有可调谐的频率响应。在衬底顶部设计的石墨烯形状的周期性结构被用来将入射波偏振转换到THz频率中的灵活操作频带中的期望目标。在4.86 ~ 8.42THz的宽频带内（带宽分数为54%），偏振转换比大于0.85。所提出的偏振转换器对入射波的角度不敏感，直到40°。使用石墨烯提供了可调谐的频率响应，而不改变所设计结构的几何形状。
2020-11-07 physics.app-ph
Broadband multilayer metasurface absorbers with MXene resonators and topology optimized substrates
Duke University（杜克大学）
本研究提出利用MXene共振器和拓扑优化3D打印基板设计宽频多层超材料吸收体，以提高吸收性能。
2026-02-28 physics.app-ph
Extremely broadband ultralight thermally emissive metasurfaces
我们报告了超轻高发射超光子结构的设计、制造和表征，其具有创纪录的低质量/面积，在宽光谱（2至35微米）和角度（0-60度）范围内有效地发射热辐射。该结构包括一到三对交替的纳米尺度的金属和介电层，并已测得的有效300 K半球发射率为0.7至0.9。据我们所知，这些结构，这是所有亚波长的厚度是最轻的报告超颖表面具有可比的红外发射率。优越的光学性能，以及它们的机械柔性，低释气和低面积质量，表明这些超表面是要求超轻柔性结构的应用中的热管理的候选者，包括航空航天应用，超轻光电子学，轻质柔性电子器件和用于隔热的纺织品。
2017-10-09 physics.app-ph
Broadband Huygens' Metasurface Based on Hybrid Resonances
最近，一类特殊的惠更斯表面已经被提出，它能够操纵透射波前，同时在很宽的频率范围内表现出高透明度。在这项工作中，我们提出并研究了一种新的元原子实现惠更斯表面的宽带透明基于两个相互移动的开口环谐振器。使用新开发的分析模型仔细优化了谐振器，使它们的电和磁响应平衡，以实现入射场的单向散射。此外，它们的相互位移抵消了它们的电感耦合，使得两个响应在相同的频率下共振，并且元原子不表现出磁电耦合。在微波范围内的数值和实验验证了解析预测的宽带透明度以及频率相关的相移的传输波的全覆盖范围内的$360\degree$。该超颖表面可用于对称高效的偏振转换和分束，并为其他有趣的应用开辟了道路。
2018-04-20 physics.app-ph
Broadband microwave absorption by logarithmic spiral metasurface
我们建议使用对数螺旋谐振器有效地吸收微波。通过结合它们的尺度不变的几何形状和法布里-珀罗型共振源于基本TM模式，我们实现了微波超颖表面的宽带吸收性能。超表面包括背衬有金属表面的对数螺旋谐振器，并且它可以吸收在6 GHz - 37 GHz的频率范围内的>95%的入射微波能量。我们讨论了宽带吸收的物理基础和涡旋能流的关键作用。利用麦克斯韦方程组的标度不变性，为电磁波吸收开辟了一个新的方向。
2019-03-26 physics.app-ph physics.class-ph
Achromatic metasurfaces with inversely customized dispersion for ultra-broadband acoustic beam engineering
超表面是一种具有特殊波前调制能力的非线性介质，在波的操纵方面显示出了广泛的应用前景。然而，现有的声学超颖表面受限于其窄带频率依赖能力，这严重阻碍了其通常需要定制色散的实际应用。为了解决这一挑战，我们报告了超宽带消色差超颖表面，能够提供任意和频率无关的波属性由下而上的拓扑优化。我们连续展示了三种超宽带功能，包括声束转向，聚焦和悬浮，分别具有破纪录的93.3%，120%和118.9%的相对带宽。所有的元表面元素显示出新颖的非对称几何形状，包含多个散射，弯曲的空气通道和局部空腔。此外，我们发现，反向设计的超颖表面可以支持集成的内部谐振，双各向异性和多重散射，共同形成的机制支撑的超宽带定制的色散。我们的研究为超宽带高效消色差功能器件的需求开辟了新的视野，并有望扩展到光学和弹性消色差超材料。
2020-11-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Flexible broadband polarization converter based on metasurfaceat microwave band
提出了一种基于超颖表面的微波宽带线偏振转换器。为了实现带宽扩展特性，长和短的金属弧线，以及放置在接地平面上的金属盘被组合成偏振器，其可以产生三个相邻的谐振。由于前两个共振的组合以及单元晶胞的优化尺寸和厚度，偏振转换器可以具有弱的入射角依赖性。模拟和测量结果表明，在0° ~ 45°的宽入射角范围内，从11.3 ~ 20.2GHz，平均偏振转换比大于85%。此外，所提出的基于柔性衬底的偏振转换器可以应用于共形设计。模拟和实验结果表明，所设计的偏振片即使贴附在凸柱面上也能保持较高的偏振转换效率。所设计的起偏器的周期性金属结构在微波、太赫兹和光学领域具有巨大的潜在应用价值。
2019-05-05 physics.app-ph
Broadband operation of active terahertz quarter-wave plate achieved with vanadium-dioxide-based metasurface switchable by current injection
我们展示了一个可切换的太赫兹四分之一波片的宽带操作实现了采用二氧化钒的活性超颖表面。为此，我们利用各向异性变形的棋盘结构，它提出了与深调制兼容的宽带特性。此外，超颖表面集成了电流注入电路，以实现状态切换，该注入电路也可以用来监测二氧化钒的电状态。我们估计的斯托克斯参数来自实验的透射光谱的制造超颖表面和确认的螺旋度开关的圆偏振波附近的设计频率为0.66太赫兹。相对带宽被评估为0.52，这是4.2倍，比在以前的研究。
2020-09-02 physics.app-ph physics.optics
Broadband antireflection with halide-perovskite metasurfaces
基于光学谐振介质纳米结构的元光学是一个发展迅速的研究领域，具有许多潜在的应用。卤化物钙钛矿超颖表面最近出现作为一种新的平台的元光学，它们提供了独特的机会，控制光在光电子器件。在这里，我们采用广义Kerker条件来重叠MAPbBr 3钙钛矿超颖表面的每个元原子中的电和磁Mie共振，并证明宽带抑制反射下降到4%。我们还发现，超颖表面纳米结构也有利于光致发光的增强。我们的研究结果可能是有用的应用程序的纳米结构的卤化物钙钛矿在photoproteics和半透明的多功能元器件，反射减少是重要的，他们的高效率。
2020-08-04 physics.app-ph physics.optics
Broadband switchable terahertz half-/quarter-wave plate based on VO2-metal hybrid metasurface with over/underdamped transition
动态可切换的半/四分之一波片最近已经成为太赫兹领域的焦点。传统的设计理念导致多层超材料或窄带超表面。在这里，我们提出了一种新的设计理念和VO 2-金属混合超颖表面实现宽带动态切换半/四分之一波片（HWP/QWP）的基础上过渡到过阻尼欠阻尼谐振。结果表明，通过改变VO 2电导率三个数量级，在0.8-1.2 THz的宽工作频带内，该超颖表面的功能可以在偏振转换比大于96%的HWP和椭圆率接近-1的QWP之间切换.我们预计，提出的设计理念将推进工程的超表面的动态切换功能超越太赫兹制度。
2021-07-02 physics.app-ph physics.optics
Tunable and broadband coherent perfect absorbers with nonlinear and amplification performance based on asymmetric bifacial graphene metasurfaces
提出了一种非对称双面石墨烯超颖表面，实现了太赫兹（THz）波段的可调谐宽带相干完全吸收（CPA）。所提出的设计是由两个不同的石墨烯方形贴片超颖表面堆叠在一个介电基板。非线性CPA性能，而不诉诸光学非线性和放大的基础上发生的波干涉现象沿和内部的亚波长结构。在单波照明的情况下，得到了两个方向的宽带非对称反射。该响应充当所呈现的可调谐和宽带非线性CPA性能以及对吸收的逆响应（即，当附加的输入波与相反传播的入射波相干地相互作用时，放大。该器件有望成为光调制器、传感器、光电探测器和全光小信号放大器等新型片上太赫兹通信器件的重要组成部分。
2020-05-25 physics.app-ph physics.optics
Low-frequency broadband acoustic metasurface absorbing panels
通过深亚波长结构获得的宽带吸声对于噪声控制界特别是对于室内声学中的极低频率（20-100 Hz）具有极大的兴趣。耦合多个不同的谐振单元已经成为实现宽带吸声的有效策略。本文报道了一种低频宽带（50-63 Hz，1/3倍频程）、高吸收（平均吸收系数约93%）、近全向（0°-75°）声学超颖表面吸收体的分析、数值和实验研究，该超颖表面吸收体由4个厚度为15.4 cm（50 Hz波长的1/45）的耦合单元组成。这种深亚波长结构的吸收是由于晶胞之间的强耦合而发生的，这是通过仔细设计每个晶胞的几何参数来实现的，特别是对每个晶胞的横向尺寸的明智分配。为了进一步拓宽带宽（50-100 Hz，一个倍频程），分析研究了一种由19个单胞耦合成一个超级单胞的设计，在20 cm厚（50 Hz时波长的1/34）下，在宽角度范围（0°-75°）内实现了85%的平均吸收系数。两个额外的自由度，超胞的横向尺寸和在超胞中的单位细胞的数量，被证明，以促进这种因果最优设计，这是接近理想的因果最优性。所提出的设计方法可以解决长期存在的问题，低频吸收在室内声学。
2020-02-13 physics.app-ph
Broadband switchable terahertz half-/quarter-wave plate based on a graphene-metal hybrid metasurface
本文提出一种石墨烯-金属混合超表面，通过调节石墨烯费米能级在太赫兹波段实现半波片与四分之一波片的宽带动态切换，共享带宽达0.52 THz，相对带宽50%，可应用于太赫兹传感、成像和电信。
2022-07-04 physics.app-ph physics.optics
Wide-scanning Circularly Polarized Reflector-based Modulated Metasurface Antenna Enabled by a Broadband Polarizer
本文提出了一种具有频率扫描功能的圆极化漏波天线。其主要目标是实现高增益和偏振纯度，而无需复杂的馈电网络。该天线由两个独立模块组成：（1）各向异性调制超颖表面天线（MoMetA），用于产生垂直极化辐射，工作扫描范围为19至47度仰角;（2）具有高角度稳定性的宽带极化转换器，能够将垂直线极化转换为圆极化（CP）。该天线采用孔径场估计方法设计，无需全波仿真就能高精度地预测远场方向图。天线在16 ~ 21 GHz带宽内的增益优于18 dBi。仿真结果表明，在整个工作频带内，最大增益方向的轴比均小于3dB，说明该偏振器工作正常。为了验证仿真结果，制作了一个天线样机，并在电波暗室中测量了其辐射方向图
2020-07-20 physics.app-ph
Heterogeneous Freeform Metasurfaces: A Platform for Advanced Broadband Dispersion Engineering
本文提出异构自由曲面双层超表面平台，通过两阶段多目标优化和双层堆叠技术实现相位、群延迟及高阶色散的独立调控，在420纳米可见至近红外宽带内平均效率超过81%，显著提升色差校正与宽带性能。
2024-12-16 physics.app-ph physics.optics
Discrete Huygens' Metasurface: Realizing Anomalous Reflection and Diffraction Mode Circulation with a Robust, Broadband and Simple Design
由亚波长单元组成的超颖表面通常需要大量的单元，这导致了复杂的设计和优化。元表面中的积极离散化可以显著减少一段时间内的单位单元的数量，从而导致对相位和/或表面阻抗覆盖的较低要求。此外，放大的单位单元在组合在一起时将遇到可忽略的相互耦合，因此使超表面设计的过程变得简单。这些优点结合起来允许设计一类新颖的超表面，其支持电磁（EM）波在宽带宽和操作角上的高效重定向。此外，积极离散化的超表面可以实现诸如衍射模式循环的功能，这些功能在其连续对应物中是不受支持的。本文提出了一种简单的透射超颖表面，它可以通过将入射角为-45，0，45 °的平面波分别折射成折射角为0，45，-45 °的平面波来实现衍射模循环。在28 GHz的设计频率下，每种反常折射的功率效率均大于80%，3 dB功率效率带宽为11%。制作了超颖表面并进行了测量，实验结果与模拟结果吻合较好。
2022-01-12 physics.app-ph physics.optics
Ultrathin Broadband Metasurface Superabsorbers from a van der Waals Semimetal
在可见光和近红外（NIR）中工作的超材料和超表面为下一代用于太阳能收集的光电探测器和器件提供了一条有前途的路线。虽然已经证明了许多使用金属和半导体的超材料和超表面，但在可见-NIR范围内的基于半金属的超表面明显缺失。在这里，我们实验证明了宽带超颖表面超吸收剂的基础上大面积，半金属，范德华PtSe 2薄膜与电磁模拟。我们的研究结果表明，PtSe 2是一种可扩展的半金属，同时具有高指数和高消光在整个可见-近红外范围。因此，由电介质间隔物分隔的反射器上的薄膜PtSe 2可以在400-900 nm范围内吸收> 85%的未图案化情况和~ 97%的优化的2D超颖表面，使其成为迄今为止最强和最薄的宽带完美吸收体之一。我们的研究结果提出了一个可扩展的方法，光电探测和太阳能收获，展示了实际效用的高指数，高消光半金属纳米光学。
2022-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Characterization of Broadband Focusing Microwave Metasurfaces at Oblique Incidence
我们报告的特性消色差聚焦超颖表面在斜入射角。我们发现，除了由于超颖表面的双曲线相位轮廓而发生的固有离轴像差之外，由于超原子的角色散，聚焦性能显著降低。为了深入了解元原子的角度和光谱带宽如何与元表面聚焦性能相关，使用了点偶极子模型，该模型结合了元原子角度响应的不同方面。需要强调的是，尽管元原子是在假设它们支持单个偶极共振的情况下设计的，但元原子几何结构内存在其他共振，并且在斜入射时变得更强。这些共振干扰了设计的相位和振幅响应，导致在较高入射角下的较低聚焦效率。高阶模式的建模导致与实验测量的良好一致性，证实了元原子的角色散是确定离轴像差的主要机制。
2020-12-02 physics.app-ph physics.optics
Deep learning-based design of broadband GHz complex and random metasurfaces
本研究构建MSDCNN深度学习框架，实现三类复杂随机超表面的正向与逆向设计，验证了其比传统全波仿真更高效，同时指出尚无通用DCNN模型适配所有超表面类型。
2021-09-16 eess.SP 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
Low-Power Optical Traps using Anisotropic Metasurfaces: Asymmetric Potential Barriers and Broadband Response
我们提出了使用定制的各向异性和双曲超颖表面与线性偏振高斯光束照明的瑞利粒子的光捕获。该平台允许工程师在光束轴处的光学陷阱，其响应由来自光散射过程中超受限表面等离子体的定向激发的非保守和巨大的反冲力控制。与在大块金属上设置的光学陷阱相比，所提出的陷阱是宽带的，在这个意义上，可以设置在超颖表面支持表面等离子体激元的宽范围内以任何频率振荡的光束。在该范围内，超颖表面通过拓扑过渡从各向异性椭圆形演变为双曲线状态，并使光学陷阱具有独特的空间非对称势分布，由激发的等离子体激元的动量不平衡引起的局部势垒，以及允许使用低强度激光束稳定捕获纳米颗粒的增强的势深度。为了研究该平台的性能，我们开发了一个严格的形式主义的基础上的洛伦兹力结合各向异性格林函数的瑞利近似和计算的捕获潜力的非保守力使用Helmholtz-Hodge分解方法。定制的各向异性和双曲线超颖表面，通常由纳米结构化薄金属层实现，使得能够使用在可见光或IR中操作的低强度激光源来捕获和操纵纳米级的颗粒，并且可以实现生物工程、物理和化学中的广泛应用。
2020-08-01 physics.app-ph physics.optics
Broadband Tunable Deep-UV Emission from AI-Optimized Nonlinear Metasurface Architectures
针对非线性超表面优化设计算力不足的问题，提出融合CNN与LSTM的AI工具NanoPhotoNet-NL，将设计速度提升四个数量级，实现了200-260nm宽带可调深紫外发射，推动非线性光学纳米器件发展。
2025-06-12 physics.app-ph physics.optics
Meta-optical processors for broadband complex-field image operations
Tampere University（坦佩雷大学）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
本文提出了一种基于元表面的宽波长带宽光学处理器，能够实现幅度和相位编码输入的多种图像处理操作，具备灵活和紧凑的结构，适用于实际应用。
2026-02-02 physics.app-ph physics.optics
Broadband Low-Frequency Near-Perfect Sound Absorber via Coupled Metasurfaces
King Abdullah University of Science and Technology (KAUST)（阿卜杜拉国王科技大学）
通过耦合超材料设计宽带低频近完美声吸收器，利用双谐振器结构实现高效宽带吸收，无需复杂多谐振器组装。
2025-11-27 physics.app-ph physics.optics
Field-driven nonlinear metasurface: self-adaptive transition between high-selectivity transmission and broadband shielding
College of Electronic Science and Technology, National University of Defense Technology（国防科技大学电子科学学院）；Air and Missile Defense College, Air Force Engineering University（空军工程大学空天防御学院）
针对电磁环境复杂对电子信息系统可靠性的挑战，提出场驱动非线性超表面，通过构建可重构混合耦合拓扑实现传输与屏蔽模式自适应转换，实验获高选择性通带和宽带屏蔽，提升了射频前端系统电磁保护性能。
2026-07-27 physics.app-ph physics.optics
Synergizing Deep Learning and Phase Change Materials for Four-state Broadband Multifunctional Metasurfaces in the Visible Range
本文首次提出将深度学习逆向设计与VO₂和Sb₂S₃两种相变材料级联相结合，实现可见光范围四态宽带多功能超表面，同时具备消色差偏转、分束、聚焦和吸收四种功能。
2024-07-28 physics.app-ph physics.optics
Reconfigurable Multifunctional Metasurfaces Employing Hybrid Phase-Change Plasmonic Architecture
我们提出了一种混合器件平台，用于创建通过等离子体纳米结构与相变材料碲化锗锑（GST）的集成形成的电可重构超颖表面。通过焦耳加热将GST的相从非晶变为结晶，可以实现来自超颖表面的大范围的响应。此外，通过使用GST的中间相，超颖表面可以在过耦合和欠耦合状态下与入射光相互作用，从而导致固有的宽带响应。通过对基模性质的详细研究，我们证明了在像素级改变GST的晶相能够有效控制关键特性（即，振幅、相位和偏振）。这导致宽带电可调谐多功能元器件的实现，从而实现光束切换、聚焦、转向和偏振转换。这样的混合结构提供了一个高速，宽带，和非易失性可重新配置的范例，电可编程光学器件，如开关，全息图，和偏振计。
2022-08-17 physics.app-ph physics.optics
Manipulation of Orbital Angular Momentum Spectrum Using Shape-Tailored Metasurfaces
携带轨道角动量的涡旋光束在电磁、光学和量子系统中有着广泛的应用。一个定制的OAM频谱组成的几个特定的模式，如预期持有的承诺，扩大系统的自由度。然而，这样的宽带高纯度定制光谱是难以实现的现有设备，其中宽带振幅操纵尚未被探索。在这项工作中，受调制理论的启发，提出了一种优雅和通用的方法来操纵OAM频谱在宽带宽，通过使用形状定制的元表面。首先，证明了三角形晶格上的旋转亚原子具有比正方形晶格上更小的耦合畸变，这一行为对于Pancharatnam-Berry基超颖表面产生高纯度涡旋谱至关重要.其次，在超颖表面的空间排列和产生的涡旋光束之间建立了普遍的调制关系。最后，通过形状定制的超表面，从理论和实验上证明了宽带调制OAM光谱和梳状OAM光谱。提出的幅度调制方案为在宽带范围内实现OAM频谱的调控提供了一种新的思路和工程实现途径，将促进基于OAM的应用的发展。
2021-01-26 physics.app-ph physics.optics
High-efficiency broadband active metasurfaces via reversible metal electrodeposition
Pritzker School of Molecular Engineering, University of Chicago（芝加哥大学普里茨克分子工程学院）；Department of Electrical and Computer Engineering, Northwestern University（西北大学电气与计算机工程系）；Thomas Lord Department of Mechanical Engineering and Materials Science, Duke University（杜克大学托马斯·洛德机械工程和材料科学系）
通过可逆金属电沉积技术实现高效宽带主动超材料，用于动态光束控制与高效率光热设备开发。
2025-04-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Integrated Generalized Sheet Transition Conditions (GSTCs) in a Yee-Cell based Finite-Difference Time-Domain (FDTD) Simulation of Electromagnetic Metasurfaces
本文提出了一种基于在传统Yee-cell区域内直接引入广义片层跃迁条件（GSTC）的宽带电磁元面时域有限差分（FDTD）模拟方法。这是通过将零厚度超颖表面插入Yee单元区域的体节点内来实现的，从而产生三种不同的单元配置-对称单元（SC）、非对称单元（AC）和紧密非对称单元（TAC）。此外，使用表现出宽带洛伦兹响应的电和磁表面磁化率来模拟超颖表面。因此，所提出的模型保证了来自元表面的物理和因果响应。几个全波结果显示，并与分析傅立叶传播方法显示出优异的结果相比，为1D和2D场模拟。结果发现，TAC提供了最快的收敛速度与最小的误差之间的三种方法。
2017-06-14 physics.app-ph physics.optics
Bandwidth Limit and Synthesis Approach for Single Resonance Ultrathin Metasurfaces
超颖表面已经成为一种用于在薄层内操纵电磁波的有前途的技术。在平面超颖表面中，存在严格的窄带设计方法，其基于电介质衬底上的图案化金属层的等效表面阻抗。在这项工作中，我们得到了在这些元表面上可实现的带宽的限制，基于约束，他们的元原子应该是被动的，因果的和无损的，并且他们应该遵守一个单一的共振结构的时间带宽产品的规则。结果表明，除了涉及表面阻抗的变化的基本设计参数，带宽是由介质基板的厚度和介电常数的严格限制。然后，我们提出了一种合成方法的宽带超颖表面，所需的表面阻抗的LC谐振配合的基础上，并在毫米波频率的宽带色散结构的实验验证。相对于使用窄带设计过程创建的参考超颖表面，这导致超过90%的带宽增强。
2020-07-03 physics.app-ph physics.optics
Broadband, High-Reflectivity Dielectric Mirrors at Wafer Scale: Combining Photonic Crystal and Metasurface Architectures for Advanced Lightsails
针对星际光帆需米级、超轻、宽带高反射的难题，设计制备了覆盖4英寸晶圆的双层介质光子晶体光帆，实现加速全多普勒波长范围>70%反射，米级质量仅几克，为星际探索提供关键技术支撑。
2023-12-07 physics.app-ph physics.optics
Multispectral Polarization-Insensitive Graphene/Silicon Guided Mode Resonance Active Metasurfaces
本文提出基于导模共振滤波器的CMOS兼容石墨烯/硅有源超表面，实现高消光比、窄线宽与偏振不敏感特性，并利用石墨烯宽带吸收实现多光谱操作与热光调谐，推动可调滤波器等硅基光器件发展。
2024-12-22 physics.app-ph physics.optics
Octave-Spanning Terahertz Quarter-Wave Plates Based on Over-Coupled Fabry-Pérot Resonances in Reflective Metal-Dielectric-Metal Metasurfaces
Center for Integrated Nanotechnologies, Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室集成纳米技术中心）
本文提出基于过耦合反射金属-介电-金属超构表面的太赫兹四分之一波片，通过设计相位色散实现宽频带偏振控制，实验验证了其高反射率和高效偏振转换性能。
2026-04-03 physics.app-ph physics.optics
Ultra-wideband Reflection-type Metasurface for Generating Integer and Fractional Orbital Angular Momentum
由于涡旋光束在微波和光通信信道容量扩展方面的巨大潜力，携带轨道角动量的涡旋光束得到了广泛的研究。利用Pancharatnam-Berry相位概念，提出了一种超宽带单层超颖表面，实现了从入射平面波到反射涡旋光束的转换，覆盖了6.75 ~ 21.85 GHz的带宽。提出了一种结合宽带相移网络的等效电路模型，有效地设计了超表面中的元原子。这是第一次设计具有相位特性的宽带超颖表面。为了验证所提出的模型，提出了一些变形的方环亚原子来构建具有宽带OAM特性的超表面。此外，还分别产生了整数阶（l = -3）、分数阶（l = -1.5）和高阶（l = -10）OAM模式的涡旋光束。基于OAM谱分析，详细讨论了涡旋波的模式纯度。实验结果与仿真结果吻合较好，证明了该方法的有效性和实用性。
2019-11-04 physics.app-ph physics.class-ph
Metasurface Reflector with Real-Time Independent Magnitude and Phase Control
提出了一种新颖的超颖表面单元结构，以使得能够在期望的操作频率下独立控制反射幅度和相位，同时保持入射场的线性偏振。所提出的结构是基于耦合谐振器配置，其中偶极环谐振器（DRR）加载有可调谐集总电阻元件（例如PIN二极管）和分裂环谐振器（SRR）加载有集总可调谐电容器（例如变容二极管），交错。接下来，围绕耦合谐振频率中的一个操作表面，其中，集总电容和电阻元件的独立调谐使得能够实现反射幅度-相位的宽覆盖，这显著大于使用单个谐振器配置所能实现的反射幅度-相位。一个有见地的等效电路模型，进一步开发了一个均匀的表面作为可变电阻和电容的函数，这是下一步确认使用全波模拟的幅相特性的调查。最后，使用各种全波的例子，同时和独立的振幅-相位控制的有用性进行了演示，包括可变模式增益与光束倾斜和多光束模式实现的情况下，否则将不可能使用振幅或相位控制。
2020-09-28 physics.app-ph
Inverse designed broadband all-dielectric electromagnetic metadevices
我们提出了一个全介质元器件平台，实现了一个逆电磁设计计算方法与增材制造相结合。与传统的基于平坦超表面的器件（由导致窄带操作的谐振构建块组成）相反，我们的设计方法创建了非谐振、极宽带的元器件。我们提出并证明了高效率（传输> 60%），使用薄的全介质元器件，能够偏振分裂，光束弯曲和聚焦。使用3D打印元器件在毫米波频率下进行实验演示，但是我们提出的平台可以很容易地应用于跨越微波到光学频率的电磁和光子元器件的设计和制造。
2017-06-26 physics.app-ph
Active spintronic-metasurface terahertz emitters with tunable chirality
本文提出一种超表面图案化磁性多层异质结构的新型激光驱动太赫兹发射器，结合自旋电子与超表面优势，实现宽带太赫兹波的可调手性产生与矢量操控。
2021-05-25 physics.app-ph physics.optics
Spectrally-tunable Dielectric Grating-based Metasurface for Broadband Planar Light Concentration
由于城市化，建筑物的能源消耗正在快速增长，而由可再生能源供电的净零能源建筑提供了一种绿色和可持续的解决方案。然而，摩天大楼和多层建筑的屋顶空间有限，这对太阳能光伏组件的大规模集成提出了挑战。传统的光致发光解决方案，如硅太阳能电池板，阻挡了可见光进入建筑物，使它们无法覆盖所有建筑物表面。在这里，我们展示了一种新型的电介质超颖表面（基于氮化硅光栅）作为平面光集中器。我们将该功能器件集成到透射可见光的窗户玻璃上，同时将太阳光的近红外部分（NIR）引导到玻璃窗户的边缘，在那里它可以通过小型PV模块转换为电力。利用光栅设计的灵活性，我们调整光谱，使近NIR阳光部分的引导，并实现偏振独立性证明使用有限差分时域模拟。实验上，我们观察到在NIR区域（700-1000 nm）中约5.25%的光导效率，使得大部分可见光部分被透射用于自然室内照明。将太阳能电池集成在窗户边缘，我们发现在面积为25 mm 2的原型上，近红外光的功率转换效率约为4.2%。我们确认，大部分的损失是由于吸收，散射和制造的不均匀性在大面积上，可以在未来进一步优化。这种结合了可再生能源发电、室内照明和建筑围护结构减少的功能性窗户可以缓解现代城市的城市热孤岛问题。
2018-07-11 physics.app-ph physics.optics
Electrically Tunable Harmonics in Time-modulated Metasurfaces for Wavefront Engineering
超颖表面在时间上的调制，通过破坏互易性和产生高阶频率谐波，产生了几种奇异的时空散射现象。我们介绍了一种新的设计范例的时间调制超颖表面，提供电气可调工程所产生的频率谐波和他们出现的波前，通过控制调制的相位延迟。它表明，无论入射角和偏振的光获得无色散相移，在经历频率转换的时间调制超颖表面是线性成比例的调制相位延迟和所产生的频率谐波的阶数。到频率谐波的转换效率与调制相位延迟无关，并且仅取决于超表面元件的调制深度和谐振特性，最高效率出现在谐振附近，并且远离谐振状态而降低。该设计方法允许在宽范围的频率和入射角下，在所生成的频率谐波的波前中创建具有2π跨度的可调谐空间变化相位不连续性。具体而言，我们将这种方法应用于由石墨烯包裹的硅微线组成的太赫兹制度中的时间调制超颖表面。为此，我们使用一个准确和高效的半解析框架的基础上多极散射。我们证明了可调光束转向和所产生的频率谐波的聚焦的设计的实用程序。此外，我们严格验证了宽带和广角性能的超表面在操纵所产生的频率谐波。所提出的设计方法使一类新的高效率的可调谐超颖表面具有宽的角度和频率带宽，波前工程能力和多功能。
2018-12-28 physics.app-ph
Graphene Reflectarray Metasurface for Terahertz Beam Steering and Phase Modulation
我们报道了一种太赫兹反射阵列超颖表面，它使用石墨烯作为有源元件，以实现光束转向，整形和宽带相位调制。这是基于电压控制的可重构相位全息图的创建，其可以向入射光束赋予不同的反射角度和相位，从而取代用于太赫兹成像的笨重且易碎的旋转镜。这也可以在电磁波谱的其他领域找到应用，为多功能光学设备铺平道路，包括光雷达，自适应光学，电光光调制器和屏幕。
2018-06-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Electrically Reconfigurable Nonvolatile Metasurface Using Low-Loss Optical Phase Change Material
有源超颖表面承诺可重构光学器件，与传统的大块对应物相比，具有大幅提高的紧凑性、坚固性、可制造性和功能性。光学相变材料（O-PCM）以其大的折射率对比度和非易失性开关特性为有源超颖表面器件提供了一种有吸引力的材料解决方案。在这里，我们报告我们认为是第一个电可重构的非易失性超表面的基础上O-PCM。该器件中使用的O-PCM合金Ge 2Sb 2Se 4 Te 1（GSST）独特地结合了巨大的非易失性折射率调制能力，宽带低光损耗和大的可逆开关体积，从而能够显着增强活性O-PCM介质内的光-物质相互作用。利用这些有利的属性，我们展示了连续可调的有源超颖表面，具有创纪录的半倍频程光谱调谐范围和超过400%的大光学对比度。我们进一步制作了一个偏振不敏感的相位梯度超颖表面，以实现动态光束转向。
2020-09-02 physics.app-ph physics.optics
Chiral metasurface formed by 3D-printed square helices: A flexible tool to manipulate wave polarization
本文从理论和实验两方面研究了由金属正方形螺旋线阵列构成的手征超颖表面的线偏振波和圆偏振波的传输特性。超颖表面的螺旋颗粒由通过在固体金属中直接三维打印制造的矩形条构成。超颖表面的透射率被发现严重依赖于形成方形螺旋颗粒的杆的数量。在偶数条的情况下，手性超颖表面表现出相同的正交线性偏振波的共偏振透射率，其特征在于双频带非对称透射。对于奇数个条，超颖表面为入射场的任何偏振取向提供相同的交叉偏振转换，因此用作偏振无关的扭转偏振器。最后，这种偏振器的透射率相对于方形螺旋的尺寸进行了研究。所研究的手性超颖表面的特征在于强宽带圆二色性，无论在螺旋颗粒中的酒吧的数量。在超颖表面中观察到的各种各样的透射特性使得它们对于在偏振转换和分离装置中的使用特别有吸引力。
2019-09-12 physics.app-ph physics.class-ph
Deep-learning design of graphene metasurfaces for quantum control and Dirac electron holography
本研究开发了用于狄拉克材料石墨烯超表面设计的深度学习框架，实现了超95%保真度的散射波重构，验证了狄拉克电子全息的可行性，并拓展了相关应用场景。
2024-05-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
Tunable edge and depth sensing via phase-change nonlocal metasurfaces
针对单光学元件同时实现景深扩展与边缘增强的难题，提出集成Sb₂S₃的波长可调非局域惠更斯超构表面，单次曝光可同时提取深度与边缘特征，共振波长可调范围达100 nm，为相关成像应用提供紧凑新方案。
2025-08-11 physics.app-ph physics.optics
Resonant Anti-Reflection Metasurface for Infrared Transmission Optics
本研究提出利用Mie共振纳米光子超表面增强硅在长波红外的透射，相比同厚度无图案硅最高提升40%，并通过成像与MTF测量验证其应用价值。
2023-06-08 physics.app-ph physics.optics
Multi-functional metasurface architecture for amplitude, polarization and wavefront control
超颖表面（MS）已被用于操纵电磁波的不同性质。通过将对波振幅、相位和偏振的局部控制组合到单个可调结构中，可以实现多功能和可重构的超表面，能够完全控制入射辐射。在这里，我们通过实验验证了微波制度的多功能元表面架构，其中原则上可变负载连接在背板后面，以可重构地塑造复杂的表面阻抗。作为概念验证的步骤，我们制作了几个元表面实例，在不同的配置（表面贴装电容器和电阻器的不同值在不同的连接拓扑结构）的静载荷，以验证该方法，并展示了不同的可实现的功能。具体来说，我们表现出完美的吸收斜入射（两个偏振），宽带线偏振转换，和光束分裂，演示控制的振幅，偏振态，波前，分别。在4-18 GHz范围内的消声室进行测量，并显示出良好的协议与理论预期的结果。我们的研究结果清楚地表明，所提出的架构的可重构电磁波操纵的实际潜力。
2022-04-08 physics.app-ph physics.optics
Graded metasurface for enhanced sensing and energy harvesting
在弹性波系统中，在结构化表面阵列内结合共振和空间分级的强大概念使得共振超表面能够表现出宽带波聚焦、从表面（瑞利）波到体（剪切）波的模式转换以及空间频率选择。围绕这些概念构建的设备允许精确控制表面波，通常具有亚波长的结构，并利用彩虹捕获，通过频率在空间上分离信号。彩虹捕获在每个频率分量累积的谐振器位置处产生大的位移放大。我们调查这种放大，以及相关的控制，是否可以用来创建能量收集设备;被认为是使用分级谐振设备作为能量收集器的潜在优点和缺点。我们专注于A0模式占主导地位的弹性板模型，并利用梯度谐振阵列的杆的大位移振幅，设计创新的超表面，聚焦波增强压电传感和能量收集。数值模拟使我们能够确定这种渐变元表面设备的优点，并量化其效率，我们还开发了准确的模型的现象，并扩展我们的分析，弹性半空间和瑞利表面波。
2019-07-18 physics.app-ph physics.class-ph
Design of reconfigurable Huygens metasurfaces based on Drude-like scatterers operating in the epsilon-negative regime
本研究提出基于负介电常数区类Drude散射体的可重构惠更斯超表面设计，通过电偶极与四极共激满足广义Kerker条件实现全透射，为波束转向器件的可重构集成提供新途径。
2024-03-22 physics.app-ph physics.optics
Design of High-Q Passband Filters Implemented Through Multipolar All-Dielectric Metasurfaces
我们提出了一种新型的高Q通带滤波器的设计适当地结合不同的多极谐振维持的全介质metasurface。一个严格的分析模型，表面阻抗均匀化的基础上，并占的偶极和四极贡献的整体散射响应的影响，推导和验证通过数值模拟。然后，它是描述了如何有可能的工程偶极子和四极之间的相互作用，在一个超颖表面的核壳球形元件，以设计一个窄的传输带的双折射和宽带介质镜。所提出的滤波器具有高Q因子谐振，可以实现使用现实的材料在微波或光学频率。最后，我们讨论了如何建议的介质滤波器可以用来设计自滤波孔径天线表现出更高的带外选择性相比，通过金属谐振器实现。
2021-08-06 physics.app-ph physics.class-ph physics.optics
Surface waves on self-complementary metasurfaces: intrinsic hyperbolicity, dual-directional canalization and TE-TM polarization degeneracy
自互补超颖表面由于其独特的与频率无关的透射和反射特性以及平面波偏振变换的可能性而受到了广泛的关注。本文主要从近场谱的角度出发，从理论和实验两个方面研究了各向异性自互补超表面所支持的表面波的性质。我们表明，作为电磁巴比涅的对偶性的后果，这样的结构是双曲线的任何频率。我们揭示了固有的平面波的偏振自由度，通过演示的宽带TE-TM沿两个主要方向的表面波的偏振简并。我们展示了通过非常小的频移来切换90度的渠化方向的可能性，从而为极端的可调谐性和表面波路由铺平了道路。所获得的结果为实际应用提供了大量的机会，包括平面偏振器件，光学数据处理系统和天线。
2020-04-13 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Near-field thermal emission from metasurfaces constructed of SiC ellipsoidal particles
该研究基于涨落电动力学模拟 SiC 椭球颗粒超表面的近场热发射，揭示取向、尺寸和间距对声子共振及光谱能量密度的调控规律。
2023-05-26 physics.app-ph physics.optics
Tailor-Made Metasurface Camouflage
针对复杂物体宽带共形电磁隐衣的挑战，提出“定制化超表面”概念，利用机器设计的非周期性结构结合进化优化抑制任意物体散射，实现了约20%分数带宽下20-30 dB以上的宽带散射抑制。
2025-09-17 physics.app-ph physics.comp-ph physics.data-an
