Nature Communications：浙工大沈林放教授团队在电磁超表面领域取得重要进展
电磁超表面（Metasurface）能够以任意预设的方式重塑电磁波的波前，使其成为革新传统光学的理想选择。目前的电磁超表面主要是由亚波长电磁微结构（称为人工原子）按照一定方式排列而成的，然而，这种超表面需要外部光激发和依赖人工原子的共振特性，使得难以在芯片上完全集成超表面，也难以实现电磁波的超高精度调控。
鉴于此，浙江工业大学物理学院沈林放教授团队提出一种全新物理机理的超表面概念，它不依赖于人工原子的共振，而是基于单向波导的独特的传播特性来实现对波前的任意操控，这不仅使超表面适合于光学集成，而且实现了电磁波面的超高精度调控。
基于单向电磁模式的超表面原理图
在微波频段实验证明了设计的可行性后，研究团队通过使用金属-空气-YIG材料构成的单向磁表面等离子激元（USMPs）验证了方案的可行性，将单向波导内的电磁导波模式转化为具有三维聚焦、贝塞尔波束和可调矢量涡旋波束(OAMs)波面的空间电磁模式。
基于单向电磁模式的超表面生成自由空间贝塞尔波束
此外，研究团队还以近场超衍射极限的聚焦和全息成像为例，数值展示了采用传统超表面难以实现的电磁波深度亚波长尺度上的调控。
基于单向电磁模式的超表面实现超衍射极限的双焦点聚焦效应
基于非共振机制和单向波导平台，这种超表面可以在芯片上集成、实现在深亚波长尺度和较宽频率范围内对电磁波的操控，为通信、遥感、显示等应用开辟新的机遇。
基于单向电磁模式的超表面实现可调谐环腔OAM光源
相关研究以“Unidirectional guided-wave-driven metasurfaces for arbitrary wavefront control”为题，于2024年7月16日发表于 Springer Nature 旗下的《Nature Communications》上，浙江工业大学为第一单位和通讯单位，物理学院校聘副教授李士青为第一作者，沈林放教授和希腊雅典大学的Kosmas L. Tsakmakidis教授为通讯作者，电子科技大学长三角研究院（湖州）姜涛博士完成了单向波导实验样品的制备和实验数据的测量，浙江工业大学博士后沈谦、张航副教授、严金华教授和复旦大学的孙树林教授对理论和实验数据分析做出重要贡献。该工作研究依托浙江工业大学物理学院、浙江省全省量子精密测量重点实验室等平台，得到了国家自然科学基金项目（12104401, 62075197）、浙江省基金项目（Z22F047705）等项目的大力支持。
原文链接
https://doi.org/10.1038/s41467-024-50287-z
学者介绍
INTRODUCTION
李士青
ZJUT
浙江工业大学物理学院校聘副教授，主要从事电磁超材料与超表面、表面等离激元、单向波导的研究，已在 Nat. Commun., Adv. Sci., Nanophotonics 等期刊上发表论文10余篇，主持国家自然科学基金青年基金1项。
沈林放
ZJUT
浙江工业大学物理学院教授，主要从事表面等离激元和电磁超材料的研究；主持和参与国家及省部级项目十余项，相关成果在Science, Nat. Commun., Phys. Rev. Lett., Phys. Rev. B, Opt. Lett.等期刊发表学术论文100余篇（总被引次数4千余次, H-index 38），获浙江省科学技术一等奖1项和浙江省教育厅科技成果一等奖1项。
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