該大學研究發現，現代光學設備需要不斷調整其光交互設置。為此，存在各種機械裝置，可移動透鏡，旋轉反射器并移動發射器。

 

這是一個由圣彼得堡國立信息技術機械與光學大學和?？巳卮髮W的工作人員組成的國際研究小組已經提出了一種新的超材料，該材料能夠在沒有任何機械輸入的情況下改變其光學特性。

 

這種發展可能會導致復雜光學設備可靠性的顯著提高，同時使它們的制造成本更低。這項研究刊登在Optica雜志2020年5月號的封面上。

 

在過去的幾十年里，物理學和材料科學的飛速發展為人類帶來了廣泛的材料選擇?，F在，那些設計復雜設備的人已經不受傳統材料（例如金屬，木材，玻璃或礦物）的局限性的束縛。在這方面，在ITMO大學等地研究的所謂超材料為人們提供了令人難以置信的機會。

 

由于其復雜的結構，它們相對獨立于其組件的屬性。這樣的結構可以是體積的或平坦的-在后一種情況下，它們被稱為超表面。

 

ITMO物理與工程系的高級研究員Ivan Sinev說：“超表面可以使我們在光的操縱中獲得許多有趣的效果。”“但是這些超表面存在一個問題：在我們設計結構的那一刻就決定了它們如何與光相互作用。在創建用于實際用途的設備時，我們希望不僅能夠在一開始就控制這些屬性，而且在使用過程中也能如此。”

 

在尋找用于自適應光學設備的材料時，來自ITMO大學的研究人員在處理硅超表面方面具有豐富經驗，他們與來自英國?？巳卮髮W的同事攜手合作，在這些材料中，例如，通常用于DVD中的碲化鍺銻（GeSbTe）化合物。

 

物理與工程學系的博士生Pavel Trofimov說：“我們已經進行了計算，以查看這種新型復合材料的外觀。“我們包含嵌入在兩層硅之間的薄層中的GeSbTe。這是一種夾層結構：先在空白基板上涂硅，然后放一層相變材料，然后再涂一些硅。”

 

然后，使用電子束光刻方法，科學家將層狀結構轉換為超表面：一系列顯微圓盤，然后在實驗室測試了其操縱光的能力。正如研究人員所期望的那樣，將兩種材料組合成復雜的周期性結構會產生重要影響：在整個實驗過程中，可以改變所得表面的透明度。原因是近紅外區域中的硅片具有兩個光學共振，從而使其能夠強烈反射定向到其表面的IR光束。 GeSbTe層可以“關閉”兩個共振之一，從而使磁盤對近紅外區域的光幾乎透明。

 

相變材料具有兩種狀態：其中分子以有序結構定位的結晶狀態和非晶態。如果位于超材料中心的GeSbTe層處于結晶狀態，則第二個共振將消失；反之，則不會。如果它處于非晶態，則磁盤將繼續反射IR光束。

 

“為了在兩個超表面狀態之間切換，我們使用了足夠強大的脈沖激光，” Pavel Trofimov解釋說。“通過將激光聚焦在磁盤上，我們可以相對快速地執行切換。短時間的激光脈沖將GeSbTe層加熱到接近熔點的溫度，然后它迅速冷卻并變成非晶態。一連串的短脈沖，它冷卻得更慢，沉淀成結晶態。”

 

這種新的超表面的特性可以用于各種應用。這先包括創建激光雷達-一種通過發射紅外脈沖并接收反射光束來掃描空間的設備。它們的創建原理也可以作為特殊超薄攝影鏡頭（例如用于手機相機的攝影鏡頭）的生產基礎。