一种非厄米超表面及其构建方法技术

本发明专利技术提供了一种非厄米超表面及其构建方法，非厄米超表面包括复合层以及与所述复合层耦合的互补层，所述复合层与所述互补层之间设置有介质层；所述复合层镂空设置有若干空心圆柱；所述互补层与所述若干空心圆柱实心部分对应的位置处均呈镂空状。本发明专利技术通过调节结构参数和选择材料种类，使得所述复合层与所述互补层发生耦合，从而在微波波段实现器件对入射电磁波反射的影响，并通过改变所述复合层中引用的材料二氧化钒的电导率，使得所述非厄米超表面在两个不同频率点处均出现了奇异点，实现了非厄米超表面的调控，有效拓宽了非厄米超表面的应用范围，更有利于实现非厄米超表面的功能化、器件化集成应用。器件化集成应用。器件化集成应用。

【技术实现步骤摘要】
一种非厄米超表面及其构建方法


[0001]本专利技术属于电磁波调控
，更具体地涉及一种非厄米超表面及其构建方法。

技术介绍

[0002]超表面是指厚度小于波长的人工层状材料。因为超表面具有可以人为改变材料、形状、尺寸等的特点，巧妙的结构参数设计可以使超表面表现出其本征材料所不具备的特殊性质，如负折射率、负介电常数等，而具有这些性质的材料在自然界中并不存在，所以超表面相关研究极大地拓宽了电磁学、光学、材料学等领域的研究内容和研究范畴，具有更为广阔的应用前景。
[0003]近年来，人们在超表面平台下研究非厄米光学体系，结合非厄米奇异点效应，进一步丰富了超表面领域的研究内容和应用场景。非厄米系统与传统的厄米系统相比，打破了宇称
‑
时间(PT)对称，并且存在一个特殊的点——奇异点(EP点)。在非厄米奇异点处，系统的本征值和本征态由原来的两个或多个简并为一个，并伴随着很多有趣的现象出现，如单向无反射、相干完美吸收、增强型传感、拓扑等，奇异点处的独特效应使其在诸多光学领域中有着重大的研究价值和应用前景。
[0004]目前，超表面相关研究多局限于固定结构设计下的电磁调控功能探讨。尽管所设计的超表面可以实现非厄米性转变，也有相应的奇异点特性，但被动的结构设计限制了非厄米超表面的实现、调节以及应用灵活性。随着研究的深入，现有技术在被动超表面结构中引入相变材料以实现超表面可调谐性及多功能化，但大多数研究仅局限于固定频率下的单奇异点，或者需要通过改变不同条件才能实现双奇异点，限制了非厄米超表面的调控能力和应用范围。
[0005]由此可见，现有非厄米超表面的构建策略还有待优化。

技术实现思路

[0006]基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本专利技术的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本专利技术的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种非厄米超表面及其构建方法。
[0007]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种非厄米超表面，包括复合层以及与所述复合层耦合的互补层，所述复合层与所述互补层之间设置有介质层；所述复合层镂空设置有若干空心圆柱；所述互补层与所述若干空心圆柱实心部分对应的位置处均呈镂空状。
[0009]通过上述技术方案，所述复合层混用不同材料制成，通过调节结构参数和选择材料种类，使得所述复合层与所述互补层发生耦合，从而在微波波段实现器件对入射电磁波反射的影响，并通过改变所述复合层中引用的材料二氧化钒的电导率，使得所述非厄米超表面在两个不同频率点处均出现了奇异点，实现了非厄米超表面的调控，有效拓宽了非厄
米超表面的应用范围，更有利于实现非厄米超表面的功能化、器件化集成应用。这种非厄米超表面的结构简单，结构仅为三层从上至下依次为所述复合层、所述介质层、所述互补层，结构分明、层次清晰，结构的实现仅需要调节所述复合层、所述介质层、所述互补层的尺寸及材料。
[0010]作为本专利技术一种优选的方案，所述空心圆柱包括金属铝段和二氧化钒段；所述金属铝段对应所述空心圆柱的圆心角的范围为[180
°
,220
°
]，所述二氧化钒段对应所述空心圆柱的圆心角的范围为[140
°
,180
°
]；所述金属铝段与所述二氧化钒段的比例为29：7。
[0011]通过上述技术方案，所述复合层采用金属铝和二氧化钒材料制成，在构建非厄米超表面中引入相变材料以实现可调谐，相变材料是一类能够在温度、压力或其他外部刺激下发生物理或化学相变的材料，相变材料可以在相变过程中改变原子排布、微结构和应力状态等，实现可调谐的电磁响应特征。
[0012]作为本专利技术一种优选的方案，所述二氧化钒段的电导率调节范围为[200s/m,250000s/m]。
[0013]通过上述技术方案，二氧化钒是一种半导体材料，其电学性质与温度密切相关。在低温下，二氧化钒具有较低的电阻率，但随着温度的升高，电阻率会迅速增加，在温度升高并超过阈值温度时，二氧化钒会实现从绝缘态到金属态的相转变过程。通过调节所述二氧化钒段的电导率，使得二氧化钒从绝缘态转变到金属态，能实现系统从厄米态转变为非厄米态，完成非厄米超表面的构建，所述非厄米超表面可以同时在两个频率点处实现手性EP效应和单向无反射现象，这些特性为超表面的应用领域提供了更广阔的可能性，包括光学器件、传感器、天线设计等。
[0014]作为本专利技术一种优选的方案，所述空心圆柱的内半径的设置范围为[3.5nm,4.5nm]；所述空心圆柱的外半径的设置范围为[5.6nm,6.5nm]。
[0015]作为本专利技术一种优选的方案，所述复合层与所述互补层的厚度相等；所述复合层与所述互补层的厚度的设置范围为[250nm,350nm]。
[0016]作为本专利技术一种优选的方案，所述空心圆柱呈周期性排列。
[0017]作为本专利技术一种优选的方案，所述互补层采用金属铝材料制成；所述介质层采用蓝宝石材料制成。
[0018]第二方面，本专利技术提供一种非厄米超表面的构建方法，基于上述任一方案中的一种非厄米超表面，包括步骤：
[0019]S1、构建包括从上至下依次连接的复合层、介质层、互补层；
[0020]S2、在所述复合层上镂空设置若干空心圆柱；
[0021]S3、在所述互补层上与所述若干空心圆柱实心部分对应的位置处进行镂空处理；
[0022]S4、调节所述复合层中二氧化钒的电导率，使得二氧化钒从绝缘态转化为金属态，以构建双波段非厄米超表面。
[0023]通过上述技术方案，所述非厄米超表面的构建程序简单，仅需要对所述复合层、所述介质层、所述互补层的尺寸及材料进行设置，通过调节所述复合层中二氧化钒的电导率，使得二氧化钒从绝缘态转化为金属态，能实现系统从厄米态转变为非厄米态，完成非厄米超表面的构建，所述非厄米超表面可以同时在两个频率点处实现手性EP效应和单向无反射现象，这些特性为超表面的应用领域提供了更广阔的可能性，包括光学器件、传感器、天线
设计等。
[0024]作为本专利技术一种优选的方案，通过调节二氧化钒的温度以调节其电导率；二氧化钒的温度调节范围为[60℃,70℃]。
[0025]作为本专利技术一种优选的方案，采用加热或者加激光的方式调节二氧化钒的温度。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0027]第一方面，通过调节结构参数和选择材料种类，使得所述复合层与所述互补层发生耦合，从而在微波波段实现器件对入射电磁波反射的影响，并通过改变所述复合层中引用的材料二氧化钒的电导率，使得所述非厄米超表面在两个不同频率点处均出现了奇异点，实现了非厄米超表面的调控，有效拓宽了非厄米超表面的应用范围，更有利于实现非厄米超表面的功能化、器件化集成应用。
[0028]第二方面，所述非厄米超表面的构建程序简单，仅需要对所述复合层、所述介质层、所述互补层的尺寸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非厄米超表面，其特征在于：包括复合层以及与所述复合层耦合的互补层，所述复合层与所述互补层之间设置有介质层；所述复合层镂空设置有若干空心圆柱；所述互补层与所述若干空心圆柱实心部分对应的位置处均呈镂空状。2.根据权利要求1所述的一种非厄米超表面，其特征在于：所述空心圆柱包括金属铝段和二氧化钒段；所述金属铝段对应所述空心圆柱的圆心角的范围为[180
°
,220
°
]，所述二氧化钒段对应所述空心圆柱的圆心角的范围为[140
°
,180
°
]；所述金属铝段与所述二氧化钒段的比例为29：7。3.根据权利要求2所述的一种非厄米超表面，其特征在于：所述二氧化钒段的电导率调节范围为[200s/m,250000s/m]。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的一种非厄米超表面，其特征在于：所述空心圆柱的内半径的设置范围为[3.5nm,4.5nm]；所述空心圆柱的外半径的设置范围为[5.6nm,6.5nm]。5.根据权利要求1所述的一种非厄米超表面，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：高凡，周健，鄢波，邓娟，孙知钰，韩宇繁，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：