Deep-Learning-Empowered Inverse Design for Freeform Reconfigurable Metasurfaces
Tsinghua University（清华大学）；Beijing National Research Center for Information Science and Technology（北京信息科学与技术国家研究中心）
在过去的十年里，人工智能在工程领域的各种应用取得了长足的进步。近年来，基于人工神经网络的元表面逆向设计方法得到了发展，该方法能够根据需要设计出形状多样、性能优良的元原子，设计过程基于人工智能，具有快速、自动化的特点。然而，一旦反向设计的静态元原子被制造，元表面的功能就被固定。可重构元表面可以实现动态功能，而应用人工智能逆向设计实用的可重构元原子还未见报道。在这里，我们提出了一个深度学习授权的逆向设计方法的自由形式的可重构元表面，它可以生成按需可重构编码元原子在自定义的频带。为了减小数据集规模，提出了一种基于微波网络理论的可重构元原子解耦方法，将可重构编码元原子的逆设计过程转化为静态结构的逆设计过程。训练卷积神经网络模型来预测自由形状元原子的响应，并应用遗传算法快速生成最佳结构模式。作为概念的演示，几个反设计的例子产生不同的自定义的频谱响应在微波波段，和反设计的宽带可重构元表面原型制造和测量的波束扫描应用与宽带。我们的工作铺平了道路的快速和自动化的设计过程中的高性能可重构元表面。
2022-11-17 cs.LG physics.app-ph physics.optics
Reconfigurable Liquid Crystal Reflectarray Metasurface for THz Communications
我们提出了一个建议的20 20元素的电子可重构液晶（LC）的二元相位反射阵列元表面，在108 GHz的计算研究。LC是在Mer的GT 3 -23001之后建模的，并且全波模拟已经示出了ON和OFF状态之间的177度的相位差，而ON和OFF的反射幅度均为0.88。我们提出了初步的全波模拟结果的遗传算法（GA）优化的远场。我们还提出了基本的设计程序和跨平台的实现优化例程，涉及Matlab，CST和MATLAB环境。
2019-08-07 physics.app-ph physics.comp-ph
Analytical and numerical modeling of reconfigurable reflecting metasurfaces with capacitive memory
在这篇文章中，我们开发的分析-数值模型的可重构反射超颖表面形成的棋盘图案阵列的金属贴片。这些贴片阵列加载有变容二极管，以实现表面阻抗和反射相位控制。两种类型的分析模型。第一种模型基于有效介质方法，用于预测元表面反射率。第二个模型是布洛赫波色散模型的相同的结构被理解为一个二维传输线超材料。后一种模型用于研究抑制有限尺寸波束成形超表面中寄生谐振的方法。我们用全波数值模拟验证了所开发的分析模型。最后，我们概述了具有电容存储器的元表面控制网络的设计，其可以允许对波束成形元表面的各个单位单元进行独立编程。
2022-03-21 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
Wideband Perfect Absorption Polarization Insensitive Reconfigurable Graphene Metasurface for THz Wireless Environment
在这项工作中，我们研究了一个简单的结构石墨烯太赫兹（THz）超颖表面（MSF）完美的吸收，宽带，偏振不敏感，斜入射不敏感和频率重构。石墨烯MSF结构由沉积在由金属接地平面终止的硅衬底上的石墨烯元原子的二维周期性阵列组成。数值分析了所提出的MSF的性能。介绍了该结构的等效电路模型及其闭合解。石墨烯MSF薄结构在2.5 THz下在横向电（TE）和横向磁（TM）偏振中在垂直入射下提供100%的吸收，具有宽带宽、零反射和零透射。在斜入射下，吸收保持在95%以上。此外，石墨烯MSF结构具有频率重构的优点。在重新配置后，在所有可重新配置的频率下保持优异的吸收性能。结果表明，石墨烯超原子的THz MSF的有效性，这可能是有前途的THz无线环境。
2019-10-18 cond-mat.mes-hall eess.SP physics.app-ph
FDTD Full Wave Simulations of Reconfigurable Intelligent Surfaces
本文利用FDTD全波数值仿真，对由金属贴片和变容二极管构成的可重构智能表面在随机平面波照射下的电磁响应进行了分析。
2023-09-21 physics.app-ph
Intelligent Metasurfaces with Continuously Tunable Local Surface Impedance for Multiple Reconfigurable Functions
如果电磁超颖表面能够执行多个可调功能，则它们可以被表征为智能的，其中期望的响应由计算机控制，影响每个超颖表面内含物的个体电磁特性。在本文中，我们提出了一个智能元表面的微波频率范围内的反射模式操作的例子。数值计算表明，在不改变超颖表面主体的情况下，我们可以实现可调谐的完美吸收和可调谐的反常反射。可调谐特性可以使用混合信号集成电路（IC）来实现，其可以独立地改变电阻和电抗，从而对复表面阻抗提供完全的局部控制。通过在薄的接地衬底上连接两个金属贴片来将IC嵌入单元格中，并且智能元表面的反射特性可以容易地由计算机控制。我们的智能超颖表面可以对未来的时空调制超颖表面和众多应用产生重大影响，例如光束转向，能量收集和通信。
2019-04-10 physics.app-ph
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
Doubly resonant nonlinear metasurfaces enabling NIR-to-UV upconversion for reconfigurable Fourier optical processing
Nanchang University（南昌大学）；Nanchang Institute of Science and Technology（南昌理工学院）；The Key Laboratory of Weak-Light Nonlinear Photonics, Ministry of Education, School of Physics and TEDA Institute of Applied Physics, Nankai University（南开大学物理学院、泰达应用物理研究院（教育部弱光非线性光子学重点实验室））；Guangdong Polytechnic Normal University（广东技术师范大学）
双共振非线性超材料实现近红外到紫外上转换，用于可重构傅里叶光学处理和全光图像处理。
2026-03-02 physics.app-ph physics.optics
Reconfigurable Manipulation of Sound with a Multi-material 3D-Printed Origami Metasurface
本文提出基于Kresling折纸图案和多材料3D打印技术的双稳态可重构超表面，通过施加小轴向力或扭矩实现π反射相位差，在2000 Hz下实现声波的可编程操控，为多领域可切换器件提供新视角。
2024-11-18 physics.app-ph
A Reconfigurable Intelligent Surface at mmWave based on a binary phase tunable metasurface
最初在2010年初引入，通过可重构智能表面（RIS）控制电磁波的反射的智能环境的想法近年来在为未来6G做准备方面引起了广泛关注。由于可重新配置的智能表面不是基于增加源的数量，它们确实可以为更绿色和潜在的无限无线通信铺平道路。在本文中，我们设计，建模和实验证明毫米波可重构智能表面的基础上，电子可调元表面与二进制相位调制。我们首先研究数值的超颖表面的单元格，基于PIN二极管，并获得良好的相移和回波损耗的两个极化，在很宽的频率范围内约28.5 GHz。然后，我们制造和表征的单位细胞，并验证其性能，然后制造整个10厘米× 10厘米的可重构智能表面。我们提出了一个分析描述的使用，可以做的二进制相位RIS，无论是在近场（反射阵列配置）和在远场（接入点扩展器）。最后，我们通过实验验证了所设计的RIS的工作原理，在近场和远场配置的毫米波波束形成实验室实验。我们的实验结果表明，我们的二进制相位RIS控制毫米波在任何一种情况下，这在我们的设计中使用的PIN二极管消耗的能量的唯一成本的高效率。
2021-04-27 physics.app-ph
High quality factor silicon-on-lithium niobate metasurfaces for electro-optically reconfigurable wavefront shaping
动态可重构的超表面为许多应用提供了紧凑和轻量级的空间光调制，包括LiDAR，AR/VR和LiFi系统。在这里，我们设计和计算研究高品质因数硅锂超颖表面与电驱动，独立控制其组成纳米棒的全相位可调谐性与高调谐效率。自由空间光通过周期性扰动耦合到每个纳米棒内的导模，产生超过30，000的品质因数，同时保持棒间距< $λ$ /1.5。我们实现了近2 $π$相位变化与施加的偏置不超过$\pm$ 25 V，保持反射效率高于91%。使用全场模拟，我们展示了一个高角度，51°，可切换的分束器，衍射效率为93%，和一个角度可调的光束转向器，跨越18-31°，效率高达86%，所有使用相同的元表面设备。我们的平台为高效波前整形设备提供了基础，该设备具有宽的动态调谐范围，能够产生几乎任何传递函数。
2022-03-24 physics.app-ph physics.optics
Reconfigurable Metasurface: A Systematic Categorization and Recent Advances
由于超颖表面在理论、设计、制造和应用等方面的快速发展，超颖表面已成为微波、太赫兹和光学领域的一个新的研究前沿。可重构超颖表面（R-MTS）能够对电磁波进行动态调制，具有无可比拟的灵活性，是近年来的研究热点。众多功能强大、功能多样的R-MTS被爆炸性地呈现出来。根据电磁波的5个维度，提出了一个统一的模型来描述R-MTS、电磁波和电磁信息之间的相互作用，并提出了信息比特分配策略来对不同类型的R-MTS进行系统分类。作为R-MTS的最新进展，分别详细介绍了1位和2位单元对不同波维的控制。最后，对R-MTS的未来研究方向进行了展望。希望具有不同尺寸和功能的R-MTS能够推动下一代通信，检测，传感，成像和计算应用。
2023-01-02 physics.app-ph physics.optics
Device Platform for Electrically Reconfigurable Dielectric Metasurfaces
实现电可调谐相控阵光学天线表面一直是超颖表面领域的主要挑战。在这封信中，我们展示了一个设备平台，通过自由载流子注入实现可重构控制的亚波长光学天线的谐振波长。我们的工程师和生长，使用分子束外延，异质结构的In 1-xAlxAs/InAs/AlyGa 1-ySb层的设计，以实现大的振幅和相位调制的光通过最大化的折射率变化的区域中的共振场增强的p-i-n层生长在重掺杂的n-InAs层，形成反射基板，以限制米氏共振的纳米线内的指数可调层。我们概述了制造过程中开发的四步投影光刻工艺和自对准垂直干法刻蚀形成这样的可调超颖表面元件。我们通过实验证明了电可重构光学天线元件的操作，其中谐振波长蓝移仅在载流子注入期间由200 nm。我们外推实验测得的InAs折射率的变化，以表明我们可以实现近π相移的超颖表面阵列。这种固态器件平台使我们能够独立地接触每个谐振元件，以形成真正可重构的傅立叶光学元件，并有望在亚波长尺度上任意控制电磁波阵面。
2018-12-03 physics.app-ph physics.optics
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
Kirigami-based Flexible Metasurface with Reconfigurable Intrinsic Chirality from Zero to Near-unity
The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou)（香港科技大学（广州））；Low Altitude Systems and Economy Research Institute, The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou)（香港科技大学（广州）低空经济与系统研究院）；Wuhan University of Technology（武汉理工大学）
本研究提出了一种基于 kirigami 的可变形超表面，通过动态调节折叠角度实现从零到近单位的内在手性连续调节，拓展了手性光学控制的应用前景。
2025-12-24 physics.app-ph physics.optics
Control of the local and nonlocal electromagnetic response in all-dielectric reconfigurable metasurfaces
本研究针对光传播特性动态调控需求，利用非易失性相变材料设计全介质可重构超表面，实现电、磁及电磁耦合的全面调控，可用于光束转向、可切换单向吸收及非局域高效光调控。
2024-06-03 physics.app-ph physics.optics
A multi-functional reconfigurable metasurface: Electromagnetic design accounting for fabrication aspects
在本文中，我们提出了理论上的考虑和设计演变的概念验证的可重构超颖表面，主要用作可调谐微波吸收器，但也作为一个波前操纵和偏振转换装置的反射。我们概述了设计的演变和所有考虑因素，从选择的补丁形状，单元格的大小，和基板，实现所需的可调谐性的结构的拓扑结构。所提出的设计符合制造限制，并且被共同设计为与集成电路芯片一起工作，用于使用商业上可获得的半导体工艺向超表面提供可调谐的复杂负载。所提出的结构可以通过适当地偏置集成电路来执行多个可调谐功能：对于两种线性偏振状态的宽范围入射角的完美吸收，适应5 GHz附近的光谱范围，还具有波前控制的潜力，例如通过异常反射和偏振转换。最终的愿景是这样一个设计是可扩展的和可部署的，作为一个实际的超表面，即，一种智能多功能超颖表面，能够同时实现可重新配置的功能：吸收、光束转向、偏振转换、波前整形、全息术和传感。
2020-09-04 physics.app-ph
Prototype-Aware Fundamental Electromagnetic Limits on Wavefront Synthesis with Programmable Metasurfaces
Aalto University（阿尔托大学）；Univ Rennes, CNRS, IETR - UMR 6164（雷恩大学，法国国家科学研究中心，IETR - UMR 6164）
本文结合多端口网络理论与实验参数，推导了可编程超表面在波前合成中的原型感知电磁极限，包括保真度、模式强度及帕累托边界，并通过实验验证了界限的紧致性。
2026-06-16 eess.SP physics.app-ph
Non-Local Metasurface-aided Leaky-Wave Antennas
School of Electronic and Electrical Engineering, Hongik University（弘益大学电子电气工程学院）
本文提出非局部元表面辅助的泄漏波天线，通过优化电抗设计实现宽角波束稳定转向，实验显示在2.0-2.7 THz波段内波束扫描范围达近50度。
2026-01-28 physics.app-ph
Analytical Framework to Model Reconfigurable Metasurfaces including Lumped Elements
本文提出一种基于Floquet模态展开和等效电路的分析框架，用于高效建模包含集总元件的可重构超表面，适用于宽带斜入射及衍射区，并通过CST验证了其在设计射频微波器件方面的潜力。
2023-07-17 physics.app-ph physics.optics
Dynamic brain spectrum acquired by a real-time ultra-spectral imaging chip with reconfigurable metasurfaces
光谱成像为各个领域，特别是生物医学研究铺平了道路。然而，光谱成像主要依赖于空间或时间扫描，不能同时获得高的时间、空间和光谱分辨率。在这项研究中，我们展示了一种基于可重构超表面的硅实时超光谱成像芯片，包括155，216（356 $\times$ 436）个图像自适应微型光谱仪，具有0.04 nm的超高中心波长精度和0.8 nm的光谱分辨率。将其应用于脑血流动力学成像，获得了大鼠桶状皮质中脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白的动态光谱吸收特性，为光谱学在体研究和其他实时应用提供了启发。
2023-03-28 eess.IV physics.app-ph physics.optics
Four-channel Imaging Based on Reconfigurable Metasurfaces: Hyperchaotic Encryption under Physical Protection
School of Information Engineering, Nanchang University（南昌大学信息工程学院）；Institute for Advanced Study, Nanchang University（南昌大学高等研究院）；Jiluan Academy, Nanchang University（南昌大学极链学院）
本文提出一种四通道相变超材料，结合算法与物理安全机制，实现高保真成像和抗攻击性能，用于高密度光学信息处理。
2025-09-03 physics.app-ph physics.optics
Electro-Optically Tunable Universal Metasurfaces
几十年来，在纳米尺度上塑造光的流动一直是纳米光子学的一个巨大挑战。现在广泛认识到，超颖表面代表了能够通过适当配置亚波长天线元件来全面控制光的波前的芯片级纳米光子阵列技术。在这里，我们展示了一个通用的可重构元表面，即，理论上能够使用没有移动部件的紧凑、重量轻、电子控制的阵列在电信波长范围内提供不同的光学功能。通过电光控制的散射光的相位从相同的个人元表面元件，我们展示了一个单一的原型通用可编程元表面，能够使用一个单一的设备的动态光束转向和可重构的光聚焦。因此，具有可调谐光学天线阵列的可重构通用超颖表面可以通过散射光相位、振幅和偏振的可编程阵列级控制来执行任意光学功能，类似于电子学中的动态和可编程存储器。
2019-10-04 physics.app-ph physics.optics
Equivalent Circuit Modeling and Design of a Reconfigurable Loaded Dogbone Metasurface Element
针对有源超表面计算电磁仿真复杂度高的问题，提出狗骨头单元的等效电路模型，仅需三次全波仿真即可确定，能快速计算不同电路下的超表面特性，经变容二极管可调超表面实验验证模型与测量结果高度一致。
2024-12-09 physics.app-ph
Reconfigurable collective resonances induced by liquid crystals in dielectric metasurfaces
本研究提出利用各向异性液晶改变介电超表面的集体共振，通过全波仿真和多极分解技术，证实了可利用偏振或外部电压动态调控超表面共振响应，为可见光范围内动态切换功能模式的光学纳米器件开发提供了新途径。
2024-07-29 physics.app-ph physics.optics
Reconfigurable Graphene-Metasurface Analysis via an Eigenmode-Free Method-of-Lines Formulation
Aristotle University of Thessaloniki（塞萨洛尼基亚里士多德大学）；Duke University（杜克大学）
针对可重构石墨烯超表面分析难题，提出无本征模线方法公式，通过解析闭式表达式计算S参数矩阵，克服现有方法局限，经实验验证该方法在吸光度上与理论高度吻合且比有限元方法快两个数量级。
2026-07-21 physics.app-ph physics.comp-ph
Towards optimal spatiotemporal wavefront shaping for the cocktail party problem with inverse design of an acoustic reconfigurable metasurface in disordered media
提出一种高效优化公式，通过频域闭式最小二乘解设计声学可重构超表面的时空自由度，解决鸡尾酒会问题，并在无序介质实验中验证了其强劲性能。
2024-03-23 physics.app-ph
Mechanical intelligence via fully reconfigurable elastic neuromorphic metasurfaces
本文提出完全可重构的弹性神经形态超表面框架，利用多层波导的相位训练实现波散射分类，并通过两项任务验证其无需重造即可重构的机械智能能力。
2024-05-09 cond-mat.dis-nn physics.app-ph
Tunable quantum two-photon interference with reconfigurable metasurfaces using phase-change materials
相变材料在两个稳定相之间可逆且快速切换的能力已经驱动它们在许多应用中的使用，例如数据存储和光调制器。将这种材料嵌入超颖表面使得能够实现控制光场的新方法。在这篇文章中，我们提出了一种新型的可切换超颖表面的设计，使非经典双光子量子干涉的控制。这些结构不需要静态功耗，在室温下工作，并且具有高开关速度。对于本文中提出的第一个自适应超颖表面，预测从-97.7%（反聚结）到75.48%（聚结）的可调谐非经典双光子干涉。对于第二种自适应几何结构，在热驱动的晶体学相变时，量子干涉从-59.42%（抗聚结）切换到86.09%（聚结）。紧凑和快速可控的量子器件的发展为全新的量子应用开辟了有前途的道路，以及改进自由空间量子逻辑门、线性光学钟实验和量子相位估计系统的可能性。
2021-01-14 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Fixed-Frequency Reconfigurable Leaky-Wave Antennas with Simplified Biasing
本文提出一种采用简化偏置方案的可重构漏波导天线，通过将可调超表面仅用作波导壁控制导模，结合无源超表面实现固定频率下的动态波束控制，显著简化了偏置过程，并通过全波仿真验证了其有效性。
2025-01-28 physics.app-ph physics.optics
Metasurface Energy Harvesters: State-of-the-Art Designs and Their Potential for Energy Sustainable Reconfigurable Intelligent Surfaces
本文综述超表面能量收集器（MEHs）技术，提出一种可同时能量收集与1比特可调反射的混合单元设计，并通过实测环境射频功率与RIS功耗，论证了实现自可持续可重构智能表面的潜力。
2024-07-19 cs.ET cs.SY eess.SP
Next-Generation Multi-layer Metasurface Design: Hybrid Deep Learning Models for Beyond-RGB Reconfigurable Structural Colors
针对多层超表面传统设计效率低的问题，研究提出融合CNN与LSTM的混合深度学习模型NanoPhotoNet，实现超98.3%的预测准确率、5万倍速度提升，可生成超RGB的可调结构色，拓展超表面应用场景。
2024-09-11 physics.app-ph physics.optics
Multifocal Terahertz Lens with Adjustable Focal Points
传统透镜的可调谐性缺点与超表面透镜（超透镜）相比总是限制它们的应用。另一方面，可重构的超透镜提供了可重构厚度和可调谐性的优点。因此，在单个超颖表面上实现可重构功能对于潜在的太赫兹（THz）应用吸引了显著的研究兴趣。本文提出了一种利用二氧化钒（VO2）来操纵电磁波并提供全反射相位的可调超颖表面。相变超颖表面由VO2纳米膜、硅间隔物和嵌入结构底部的金层组成。通过采用具有特定相位分布的可重构超颖表面，入射光束可以以任意方式会聚到确定的点，包括焦点的数量、焦点位置和功率强度比。数值模拟表明，所提出的可重构超颖表面可以集中在一个或多个焦点反射模式的预期功率。此外，基于VO2的超颖表面可以使用新提出的方法以实时方式控制浓度宽度。仿真结果与理论分析结果吻合较好，验证了2位超透镜设计的有效性和可行性，在无线高速通信和超分辨率成像中具有巨大的应用潜力。
2020-11-09 physics.app-ph physics.optics
Reconfigurable Superdirective and Superabsorptive Aperiodic Metasurfaces
该研究提出非周期加载亚波长散射体阵列理论，通过差异化负载突破Floquet周期约束，实现可重构超指向分束、亚衍射聚焦和超越完美吸收等多功能电磁波操控。
2025-03-18 physics.app-ph physics.optics
Optimizing multi-user indoor sound communications with acoustic reconfigurable metasurfaces
Hong Kong Baptist University（香港浸会大学）；ESPCI Paris（巴黎高等物理化学学院）；Université PSL（巴黎文理研究大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；The University of Tokyo（东京大学）
针对室内多用户声通信中的串扰问题，提出利用基于通信理论优化的声学可重构超表面（ARMs）进行波场整形，实现信道隔离与最大香农容量，并验证了多通道及频分复用通信功能。
2024-02-10 cs.SD eess.AS physics.app-ph
Nonlocal phase-change metaoptics for reconfigurable nonvolatile image processing
本文提出并实验验证了一种基于低损耗相变非局域超构表面的可重构平面光学图像处理器，通过相变材料在非晶态与晶态间的切换实现边缘检测和明场成像两种模式，兼容约0.5的大数值孔径，为人工智能辅助成像与视觉器件提供可切换多任务能力。
2024-09-17 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Reconfigurable Image Processing Metasurfaces with Phase-Change Materials
提出一种基于二氧化钒相变的无源近红外边缘检测超表面，通过在65°C附近小于10°C的温度变化实现图像处理响应的剧烈可重构，兼具高数值孔径、高效率和偏振无关等接近最优的性能，为全光计算超紧凑器件开辟新路径。
2023-11-22 physics.app-ph physics.optics
The Potential of Combining Thermal Scanning Probes and Phase-Change Materials for Tunable Metasurfaces
超表面允许光波前的振幅、相位和偏振的时空变化。超颖表面的主动可调谐性的实现保证了能够重构波前成形的紧凑的平坦光学器件。相变材料（PCM），例如碲化锗或碲化锗锑，是由于其在结构转变时的大折射率变化而使得能够实现可重构超颖表面的突出材料类别。然而，通常采用的PCM的激光诱导切换限制了可实现的特征尺寸，从而限制了器件的小型化。在这里，我们提出了热扫描探针诱导的碲化锗局部开关，以实现特征尺寸远低于衍射限制光学开关可实现的近红外元表面。我们的设计是基于一个平面的多层堆叠，并不需要制造突出的介质或金属谐振器，通常应用在文献中。相反，我们数值模拟表明，宽带调谐的完美吸收可以实现本地化和控制尖端诱导结晶的PCM层。超颖表面的光谱响应解释使用简单的谐振模式分析和数值模拟。为了便于实验实现，我们提供了一个详细的理论描述的尖端诱导结晶采用多物理场模拟，以证明制造紧凑的可重构超颖表面的巨大潜力。我们的概念允许可调谐的完美吸收，不仅可以应用于热成像或传感，而且可以用于空间频率滤波。
2020-07-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Active Nonlocal Metasurfaces
通过光学超颖表面进行主动可调谐和可重构的波前整形提出了一个重大的技术挑战，通常需要非常规材料工程和纳米纤维。大多数波前整形元表面可以被认为是“局部的”，因为它们的操作取决于单个元单元的响应。相比之下，“非局部”元表面基于许多相邻元单元所支持的模式起作用，导致尖锐的光谱特征，但通常没有对传出波前的空间控制。最近，基于准束缚态的连续介质的非局域超颖表面被证明只能在所支持的Fano共振的窄带宽内产生设计师波前。在这里，我们利用增强的光与物质的相互作用与尖锐的法诺共振，探索主动调制的光谱和波前的折射率调谐和机械拉伸。我们的实验证明的原理热光调谐的非局部超颖表面的硅，和数值演示的非局部超颖表面的热光开关之间的不同的波前形状。这种用于热可重构波前整形的元光学平台既不需要不寻常的材料和制造，也不需要对单个元单元进行主动控制。
2020-08-20 physics.app-ph physics.optics
Electrically reconfigurable phase-change transmissive metasurface
本研究展示了一种基于低损耗相变材料的电可重构透射超表面滤波器，实现200微米×200微米面积上的非机械、非易失性切换，对比度5.5 dB，可逆循环1250次，为自由空间可重构光学奠定基础。
2023-12-16 physics.app-ph physics.optics
Transfer Learning for Inverse Design of Tunable Graphene-Based Metasurfaces
针对传统电磁超表面功能单一的问题，提出采用迁移学习训练两个卷积神经网络，分别完成石墨烯基可调谐超表面的无源结构设计与调谐化学势预测，高效实现多功能可重构超表面逆向设计，为未来无线通信系统的可重构智能表面设计提供新方案。
2023-07-20 physics.app-ph
Coexistence and manipulation of multiple singularities in a reconfigurable non-Hermitian metasurface
Nanchang University（南昌大学）；Central China Normal University（华中师范大学）；University of Electronic Science and Technology of China（电子科技大学）
研究可重构非厄米超表面中多个奇点的共存与操控问题，提出镜像耦合设计增加系统自由度，实现了EP和反射零点的共存与操控，用于可调吸收和增强传感，解决了奇点参数竞争问题，开辟了多功能超器件新途径。
2026-07-09 physics.app-ph physics.optics
Dynamic control of mode modulation and spatial multiplexing using hybrid metasurfaces
设计能够动态控制散射电磁波并工作在近红外（NIR）和光学区域的可重构超表面仍然是一项具有挑战性的任务，这受到静态材料性质和固定结构的阻碍。相变材料（PCM）可以在非晶态和晶态之间提供高对比度的光学折射率，因此有望作为可重构超表面的可行材料。在这里，我们提出了一种混合超颖表面，可以任意调制入射光的复振幅均匀的振幅和充分的$2π$相位覆盖，利用复合同心环（CCR）与不同比例的金和PCM。我们设计的超颖表面具有双功能，能够分裂光束或产生涡旋光束的金属和半导体状态的氧化钒（VO2）之间的热切换，分别。它可以很容易地集成到具有超小尺寸的低损耗光子电路中。我们的元器件作为一个新的范例，主动控制光束，这可能会打开新的机会，信号处理，存储器存储，全息和防伪。
2020-02-10 physics.app-ph physics.optics
Digital Metasurface Based on Graphene: An Application to Beam Steering in Terahertz Plasmonic Antennas
超材料的二维对应物--超表面，由于其对电磁波的强大操控能力而引起了人们的极大关注。最近出现了各种各样的元表面，不仅展示了无数的功能，而且还展示了可重构的响应。此外，数字或编码元表面通过将设备描述为离散构建块状态的矩阵而彻底改变了该领域，从而与信息理论形成了清晰的平行关系，并开辟了对高级元表面进行建模、组合和（重新）编程的新方法。本文加入了可重构和数字的方法，并提出了一种超表面，利用石墨烯的可调谐性，在太赫兹频率进行光束转向。一个全面的设计方法，包括技术，单元设计，数字超材料合成，和可编程性方面。通过沿着超颖表面平面设置和动态调整相位梯度，所得到的设备实现了在所有实际方向上的波束转向。所提出的设计进行了研究，通过分析模型和数值验证，显示波束宽度和转向误差远低于10度和5%，在大多数情况下。最后，设计准则提取通过涉及元表面的大小和数量的单元格状态的可扩展性分析。
2020-12-20 cs.ET 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
Reconfigurable Nonlocal Light-Emitting Metalens Nanolasers via Bound States in the Continuum
Institute of Materials Research and Engineering, Agency for Science, Technology, and Research (A*STAR)（材料研究工程研究所，新加坡科技研究局（A*STAR））
研究可见光光谱中片上可重构相干光源，基于混合介质超表面构建全光可调纳米激光器，集成染料增益介质与高Q BIC共振超表面，引入相变材料实现调谐，展示室温激射及不同激光控制下的性能，用于多种光应用。
2026-07-20 physics.app-ph physics.comp-ph physics.optics
