蓋世汽車訊 據外媒報道，麻省理工學院（MTI）的工程師宣布開發出一種新型透明材料，可以響應熱量快速可逆地改變其原子結構。該材料是可調諧超表面或具有納米級結構圖案的平面光學設備的重要新進展。工程師們將該成果比作光學瑞士軍刀，當然其前身只是一種如平頭螺絲刀的工具。

改論文的第一作者、MTI材料科學與工程系（DMSE）研究生Yifei Zhang表示：“通過快速重新配置超表面可以開辟眾多新應用。我們很興奮，因為該發明克服了將這些超表面應用到現實世界中的很多障礙。”

（圖片來源：Yifei Zhang）

西雅圖華盛頓大學的副教授Arka Majumdar談到這些應用時表示：“這項技術或許可以徹底改變自動駕駛汽車的光學神經網絡、深度傳感和激光雷達技術?！钡玀ajumdar并未參與這項研究。

在論文中，麻省理工學院的研究人員描述了如何使用電流可逆地改變新超表面的材料結構，從而改變其光學特性。而在過去，僅能使用笨重的激光器或熔爐來提供必要的熱量。該工作的負責人、材料科學與工程副教授Juejun Hu表示：“這非常重要，因為我們現在可以將整個有源光學器件以及電氣開關集成在硅芯片上，從而形成一個小型光學平臺?！?/p>

該團隊還報告展示了使用該平臺的一系列可調光學功能，其中包括光束轉向裝置。Hu表示：“通過將材料切換到不同的內部結構，我們可以在來回兩個方向發送光?！倍馐D向是自動駕駛汽車的關鍵。盡管Hu強調所展示的設備仍然相當初級，只是一種原理證明。

相變材料（PCM）會根據熱量改變其結構，其商業應用為可重寫的CD和DVD。 Hu解釋說：“激光束可局部改變材料的結構，從非晶態到結晶態，而這種變化可用于編碼1和0，即數字信息?！?/p>

然而，傳統的PCM在光學應用方面存在局限性，例如材質不透明，因此無法讓光通過。Hu表示：“這促使我們研究一種用于透明光學器件的新型相變材料?！苯衲昴瓿?，其團隊報告稱在傳統的PCM中添加另一種元素硒可以解決上述問題。

該新超表面的關鍵是由鍺、硒、銻和碲（GSST）組成的新材料。這種超表面僅厚約0.5平方毫米，并帶有約100,000個納米級結構的圖案。由于這些該材料可以控制光的傳播，因此可以將這些納米結構的集合轉換為透鏡等器件。

牛津大學教授Harish Bhaskaran表示：“該工作非常重要，因為這種可調諧超表面，即‘平坦’或非常薄的，卻可以調制光反射的表面，非常有趣。它們可以顯著縮小透鏡的體積，從而用于操縱光的所有器件。MTI使用低損耗的相變材料（即吸收很少光的材料）提供了實現這一點的真正途徑。論文作者之一使用電控加熱器進行了動態調諧?！?/p>

Hu的團隊還在解決制作方法中的一些缺點。例如，他們的微型光學平臺中使用的加熱器是由金屬制成的。但Hu表示：“由于金屬會吸收光，因此我們正在研究一種由透明硅制成的新型加熱器?！?/p>

這項工作得到了美國國防高級研究計劃局（US Defense Advanced Research Projects Agency）和美國空軍（US Air Force）的支持。研究人員表示，在研究過程中，麻省理工學院材料研究實驗室、麻省理工學院微系統技術實驗室和哈佛大學納米系統中心也提供了設施支持。

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