超材料所具有的奇特電磁特性主要是來自于其金屬圖形結構及尺寸，它可以實現對電磁波的遠場傳輸調制。另一方面，入射電磁輻射與合理設計的金屬短線或開口諧振環陣列等超材料耦合作用后可以在工作頻率處激發局域表面等離子體諧振、在金屬短線狹縫或諧振環開口附近形成極度增強的近場（或稱“熱點”），其局域電場強度遠高于入射場；這種不尋常的近場分布會產生增強的光與物質相互作用，它可應用于表面增強拉曼散射、光傳感、以及非線性效應。

武漢光電國家實驗室光電子器件與集成功能實驗室的博士生孟德佳、賴建軍研究員、陳長虹教授（通訊作者）提出了一種太赫茲波混合超材料，并在實驗上與激光與太赫茲功能實驗室的王可嘉副教授以及美國德州理工大學的Z. Fan教授等人合作、驗證了VO2的熱溫度相變可以實現對金屬開口諧振環超材料的近場強度與“熱點”尺寸的主動調控。所設計的太赫茲波混合超材料能夠用來操控光與物質相互作用，它具有以下的優點：（1）可雙頻帶選頻或調諧工作；（2）對不同的近場耦合所導致的工作頻率漂移具有補償能力；（3）可有效地避免由輻射場引起的VO2擊穿，提高了器件的可靠性。

2015年4月15日，該研究成果“太赫茲波混合超材料可調控的近場強度及尺寸”（Controllable near-field intensity and spot size of hybrid terahertz metamaterial）發表在Optics Letters （Vol. 40, Iss. 8, PP. 1745-1748, 2015）；該項研究工作得到國家自然科學基金（Grant Nos. 61176064、61474051）的資助，VO2薄膜生長與器件工藝是在美國科學基金（ECCS-1128644）支持下完成。

圖  太赫茲波混合超材料在不同溫度下的遠場透射譜、近場強度與“熱點”尺寸的調控

來源：武漢光電國家實驗室(籌)