有源超表面，可重构光学器件，提高紧凑性、坚固性、可制造性和功能性。光学相变材料 (PCM)， 具有大折射率对比度和非易失性开关特性，为有源超表面器件，提供了一种有吸引力的材料解决方案。近期，麻省理工学院材料科学与工程系的Juejun Hu和Hualiang Zhang团队，在Nature Nanotechnology上发文，报道了一个基于光学 PCM 的大规模、可重构的非易失性超表面平台。利用的光学 PCM 合金 Ge2Sb2Se4Te (GSST) ，结合了巨大的非易失性折射率调制能力、宽带低光损耗和大的可逆开关量，增强了有源光学 PCM 介质中，光-物质相互作用。这项工作的关键是利用纳米级结构图案的平面光学设备，可比作一把瑞士军刀，发现的一种透明材料，能快速和可逆地改变其原子结构。利用快速重组元表面，所开辟的应用是巨大的。利用电流来可逆地改变材料结构，从而改变新的超表面的光学特性。可以将整个有源光学装置与电开关一起集成到硅芯片上，形成一个小型化的光学平台。图为超表面的设计过程。
在热的作用下，相变材料（PCMs）可改变其内部结构，在商业上被用于可重写 CD 和 DVD。一束激光从无定形到结晶，改变了材料的局部结构，实现1 和0数字编码 。锗、硒、锑和碲（GSST）组成的新超表面，是一层只有约半毫米见方的 GSST 薄膜，大约 10 万个纳米级结构，能够控制光的传播。这种可调谐的元表面，是'平的'或非常薄的表面，能调节光的反射，极大地减少透镜的体积。准连续可调的有源超表面，具有半倍频程光谱的调谐范围，超过 400% 大光学对比度。图为可重构光束控制。文献链接： /10.1038/s41565-021-00881-9