超材料前沿研究一周精选年4月1

今天我们继续为大家带来本周的超材料前沿研究精选，内容涉及微尺度计算轴向光刻硅玻璃的体积增材制造,超高Q值太赫兹光子拓扑腔的片上主动控制,通过空间控制组装和聚合进行3D纳米打印,基于水凝胶的强、快速电渗透压致动器等敬请期待！

索引：

1.超高Q值太赫兹光子拓扑腔的片上主动控制

2.高质量因子光学超表面中的负耦合促成的光自旋-轨道相互作用

3.在硅中使用基于布里渊信号转换的窄带微波光子陷波滤波器

4.光波导耦合非线性等离子体超表面的二次谐波增强

5.超构透镜阵列实现平面广角成像相机的开发

6.微尺度计算轴向光刻硅玻璃的体积增材制造

7.通过空间控制组装和聚合进行3D纳米打印

8.基于水凝胶的强、快速电渗透压致动器

1.超高Q值太赫兹光子拓扑腔的片上主动控制

随着全球数字化、人工智能(AI)和云服务的迅速崛起，有线和无线通信链路对更高数据传输速率的需求日益增长。数据速率的指数增长已经将载波频率推动到更高的频谱区域，太赫兹(THz)频带。事实上，在THz区域(0.1-10THz)的超高带宽的可用性允许实现每秒太比特的连通性，使其成为下一代通信:6G通信的理想选择。然而，随着6G网络的出现，开发一种高效的、低损耗和主动控制的片上通信对于处理和使用太赫兹载波频率传输的大量数据至关重要。现有的高速片上互连解决方案，包括铜基电互连(EIs)带宽有限，而光互连(OIs)具有集成复杂性和光电转换损耗。为了克服片上互连现有的性能差距(在带宽、能源效率和系统简单性方面)，太赫兹互连提供了一种利用电子和光子世界的优势的潜在途径。然而，将载频扩展到亚太赫兹及以上，需要进一步创新片上的光子解决方案，以支持在太赫兹范围内功率放大能力有限的更高射频(RF)电子。此外，可以与RFCMOS电子异质集成的具有可忽略损耗的有源片上太赫兹光子器件的需求也在不断增加。到目前为止，集成太赫兹光子解决方案仅限于无源互连和路由。集成光子电路通常会由于导波的反向反射而遭受损耗。这导致了信道间/信道内的串扰(噪声)，随着集成水平的提高，如在单个芯片上连接的分频器、谐振器和多路复用器等功能设备的增加，这一点变得更加重要。在这方面，最近发现的光子拓扑绝缘体(PTIs)提供了一个可能的解决方案。PTIs是一种支持两个具有不同光子能带结构的区域界面边界态的光子结构。这些边界态可以被设计成即使在急弯、转角和晶格缺陷时也能抗背反射。光子拓扑边界态已经使各种新型光子器件成为可能，如无反射波导、鲁棒延迟线、自旋极化开关、非互易器件、拓扑分裂器和激光器。然而，对PTI器件的研究大多局限于光学或微波领域。在太赫兹光谱范围内的PTI由于其单模和线性色散特性，有利于片内太赫兹通信，可以作为信息载体的极好候选。更重要的是，在PTI平台上实现主动控制为太赫兹波操纵开辟了一个新的维度，这对开发高效的芯片级可重构太赫兹器件至关重要。动态调整光子拓扑边界态的最新研究涉及液晶的集成、克尔非线性、光激发和相变材料。然而，这些实验演示仅限于微波和光学频率。由于较弱的非线性和与片上设计的不兼容性，将这些方法转化为太赫兹系统是一个挑战。

近日，新加坡南阳理工大学的RanjanSingh教授团队提出了一个低损耗太赫兹拓扑互连腔系统，该系统可以通过与一个超高Q值（0.2×）的拓扑腔的耦合，可以主动地通过急弯传输信号。拓扑保护的超高Q值拓扑腔使节能光学控制显示50dB调制。作者还进一步证明了拓扑互连腔之间的临界耦合的动态控制，通过完全抑制背反射在片上主动调整腔共振线宽度、频率和调制。片上拓扑腔是CMOS兼容的，非常适用于第六(6G)代太赫兹通信器件的混合电子光子技术。超高Q值腔也为设计拓扑激光器、量子电路和非线性拓扑光子学铺平了道路。

相关工作发表在《AdvancedMaterials》上。（郑江坡）

文章链接：

doi:10./adma..

2.高质量因子光学超表面中的负耦合促成的光自旋-轨道相互作用

近年来，人们对动量空间中的光偏振模式进行了大量研究，拓展了实空间中奇异光学理论。在二维（2D）动量空间极化模式中，除了在奇异光学中同样发现的基本拓扑奇点，包括线性极化和圆极化外，还可能出现连续体（BIC）中的束缚态和带简并，其中涉及了能带和相关布洛赫态的特征。其中，由于圆偏振光与物质的相互作用，圆偏振光奇点有着重要意义，例如透射光谱和反射光谱中的巨光学二色性。奇异光学理论表明，由于强度和相位的双重限制，在二维偏振模式中的孤立点会出现圆偏振，并且高维圆极化图案只有通过特殊的构造才能在二维空间中存在。因此，近年来人们开始越发