新型超材料，用光就可以控制其機械性能！

材料牛注：由Cubukcu帶領的研究團隊研發了一種基于超材料制作的裝置，可以通過光物質的相互作用來配合其共振，從而達到控制裝置的機械性能。

使用電磁超材料制作的光驅動機械振蕩器

研究人員設計了一種裝置，可以使用光來操縱它的機械性能。該裝置是用一個電磁超材料制作，通過一個獨特的機制來配合其光學和機械共振，使它上下無限期地使用能量吸收光。

這項工作展示了如何基于超材料來開發一個光驅動的機械振蕩器。研究人員說，該設備有可能被用來作為一種新的頻率標準，以保持在GPS、電腦、手表等設備中時間的準確性。其他可以基于這個物質基礎的潛在應用包括高精度傳感器和量子傳感器。該研究于10月10日發表于?Nature Photonics期刊上。

研究人員設計的超材料裝置通過整合小型吸光納米天線到納米機械振蕩器。這項研究是由Ertugrul Cubukcu（加利福尼亞大學圣地亞哥分校教授）帶領。該項目是在Cubukcu在賓夕法尼亞大學當教員時開始，在雅可布工程學院時繼續研究，并演示了光物質的相互作用是如何高效應用于新式納米大小的器件中的。

超材料是人工材料，被設計以展現非自然的性質。例如，超材料可以用來操縱光、聲和熱波等，而常規材料通常不能完成。

超材料通常被認為是“有損”的，因為他們的金屬成分吸收光非常有效。Cubukcu說，“超材料的損耗特性是光子學應用和傳送電力的電信系統的阻礙。我們利用這一有損特征呈現出獨特的超材料方法。”

基于超材料的器件橫截面

在這項研究中的設備類似于一個微小的電容器，約有四分之一大，包含兩個500*500微米的正方形板。前板為雙層金/硅包含十字形縫隙納米天線蝕刻的黃金層的氮化物膜。底板是一個金屬反射鏡，和金/氮化硅雙層由3微米寬的空氣間隙分離。

當光照在器件上，納米天線吸收所有的入射輻射光，將光能轉化為熱能。導致金/氮化硅雙層彎曲，因為在加熱時黃金比氮化硅擴張大。雙層的彎曲改變了空氣間隙的寬度，隔離了金屬反射鏡。

這種間距的變化導致雙層吸收較少的光，同時導致雙層彎曲回它原來的位置。雙層膜可以再次吸收所有的入射光，并一次又一次的循環。

該裝置依靠獨特的混合光學共振，被稱為Fano共振，是由兩個不同的光學共振間的耦合造成的。光學共振可以通過加電壓調整。

研究人員還指出，由于電磁學超材料能有效地吸收光線，它可在光學共振下工作。這意味著該材料可以對像LED和不需要強激光的設備提供能量光源。

Hai Zhu說，“使用人工電磁材料，我們能夠設計制造出利用光來比其他設備更有力的放大或抑制微觀力學運動的裝置。即使是一個非激光光源仍然可以使用這個裝置工作。”

光學超材料可由光聚焦、光譜選擇性和偏振控制等功能達到芯片級，這些功能通常由透鏡、濾光片和偏振片等傳統光學元件實現。

原文鏈接：Metamaterial Uses Light to Control Its Motion。

文獻鏈接：Plasmonic metamaterial absorber for broadband manipulation of mechanical resonances。

本文由編輯部楊樹提供素材，于晗編譯， 點我加入材料人編輯部。