基于聚合物的可调谐光学元件可实现可随光切换的超表面

耶拿大学化学系和物理系的跨学科研究小组开发了一种材料涂层，其光折射特性可以在不同状态之间精确切换。该团队由FelixSchacher、SarahWalden、PurushottamPoudel和IsabelleStaude领导，将光反应聚合物与所谓的超表面结合在一起。

这项创新催生了可用于信号处理的新型光学元件。他们的研究结果现已发表在《ACSNano》杂志上。

结合两个已建立的系统来创造新的东西

“超表面和光开关聚合物原则上已经为人所知数十年了，”固体物理研究所的萨拉·瓦尔登(SarahWalden)解释道，她现在是澳大利亚一个研究小组的负责人。她补充道，“但我们是第一个以这种形式将两者结合起来开发光学应用新组件的公司。”

超表面是纳米结构的薄层，其特征结构尺寸小于光的波长。这使得光的特性及其传播受到特定的影响，从而实现原本由透镜、偏振器或光栅执行的各种光学功能。另一方面，可切换聚合物是其特性(例如光折射率)可以在不同状态之间变化的塑料。

“我们使用的聚合物含有染料分子，”有机化学和高分子化学研究所的FelixSchacher继续说道。“这意味着它们吸收特定波长的光，并在此过程中改变它们的结构，从而改变它们的特性，例如本例中的光的折射率。”

为了将染料切换回其先前的结构并具有相应的特性，需要不同波长的光。物理学家IsabelleStaude解释说：“我们的系统的特别之处在于，当超表面涂覆有这种聚合物时，折射率的变化会影响超表面的光学特性。”

即使与之前已知的类似系统相比，所实现的变化也是令人惊讶的显着。“由于聚合物根据染料的不同而表现出不同的吸收，因此各种效应可以很好地相互分离或组合，”这位物理学家总结道。

异常的身体行为

除了这个有希望的结果之外，该团队还取得了令人惊讶的发现。“在我们的工作中，我们分别使用了两种不同的染料，每种都应用于超表面。这证实了效果，”Schacher解释道。“然而，当混合两种可转换聚合物时，会产生额外的效果，”他报告道。“我们怀疑这两种不同的染料分子会相互作用，但目前我们还不能确定。”需要进一步的调查来澄清这种有趣的行为。

尽管这些可切换表面的主要重点是演示基本原理，但研究小组可以设想多种应用。研究人员表示：“由于这些表面可以通过光在不同的属性状态之间切换，因此传感器技术是一个自然的应用领域。”

还可以想到的是，这种可切换表面可以用于光学数据处理。“当然，如果这些组件可以用于光学神经网络，我们的团队将会很高兴，例如，光学神经网络可以像现在的电子人工智能一样处理图像信息，”沙赫说。

“然而，由于这种类型的数据处理是基于光而不是电子，因此它比传统的基于计算机的人工智能更加节能且速度更快。”

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