新型超材料，用光就可以控制其机械性能！

材料牛注：由Cubukcu带领的研究团队研发了一种基于超材料制作的装置，可以通过光物质的相互作用来配合其共振，从而达到控制装置的机械性能。

使用电磁超材料制作的光驱动机械振荡器

研究人员设计了一种装置，可以使用光来操纵它的机械性能。该装置是用一个电磁超材料制作，通过一个独特的机制来配合其光学和机械共振，使它上下无限期地使用能量吸收光。

这项工作展示了如何基于超材料来开发一个光驱动的机械振荡器。研究人员说，该设备有可能被用来作为一种新的频率标准，以保持在GPS、电脑、手表等设备中时间的准确性。其他可以基于这个物质基础的潜在应用包括高精度传感器和量子传感器。该研究于10月10日发表于 Nature Photonics期刊上。

研究人员设计的超材料装置通过整合小型吸光纳米天线到纳米机械振荡器。这项研究是由Ertugrul Cubukcu（加利福尼亚大学圣地亚哥分校教授）带领。该项目是在Cubukcu在宾夕法尼亚大学当教员时开始，在雅可布工程学院时继续研究，并演示了光物质的相互作用是如何高效应用于新式纳米大小的器件中的。

超材料是人工材料，被设计以展现非自然的性质。例如，超材料可以用来操纵光、声和热波等，而常规材料通常不能完成。

超材料通常被认为是“有损”的，因为他们的金属成分吸收光非常有效。Cubukcu说，“超材料的损耗特性是光子学应用和传送电力的电信系统的阻碍。我们利用这一有损特征呈现出独特的超材料方法。”

基于超材料的器件横截面

在这项研究中的设备类似于一个微小的电容器，约有四分之一大，包含两个500*500微米的正方形板。前板为双层金/硅包含十字形缝隙纳米天线蚀刻的黄金层的氮化物膜。底板是一个金属反射镜，和金/氮化硅双层由3微米宽的空气间隙分离。

当光照在器件上，纳米天线吸收所有的入射辐射光，将光能转化为热能。导致金/氮化硅双层弯曲，因为在加热时黄金比氮化硅扩张大。双层的弯曲改变了空气间隙的宽度，隔离了金属反射镜。

这种间距的变化导致双层吸收较少的光，同时导致双层弯曲回它原来的位置。双层膜可以再次吸收所有的入射光，并一次又一次的循环。

该装置依靠独特的混合光学共振，被称为Fano共振，是由两个不同的光学共振间的耦合造成的。光学共振可以通过加电压调整。

研究人员还指出，由于电磁学超材料能有效地吸收光线，它可在光学共振下工作。这意味着该材料可以对像LED和不需要强激光的设备提供能量光源。

Hai Zhu说，“使用人工电磁材料，我们能够设计制造出利用光来比其他设备更有力的放大或抑制微观力学运动的装置。即使是一个非激光光源仍然可以使用这个装置工作。”

光学超材料可由光聚焦、光谱选择性和偏振控制等功能达到芯片级，这些功能通常由透镜、滤光片和偏振片等传统光学元件实现。

原文链接：Metamaterial Uses Light to Control Its Motion。

文献链接：Plasmonic metamaterial absorber for broadband manipulation of mechanical resonances。

本文由编辑部杨树提供素材，于晗编译， 点我加入材料人编辑部。