近期，中国科学院上海光学精密机械研究所红外光学材料研究中心董红星研究员和张龙研究员团队在多波段独立可调的吸波器研究方面取得进展。该工作采用二硫化钼构造超构表面，在中红外波段实现了三波段的完美电磁吸收，通过调节二硫化钼的载流子浓度可以实现对吸收峰的动态独立调控，该器件可用作可调谐的红外探测器和红外隐身材料。相关研究成果以“Independently tunable infrared absorber using stacked molybdenum disulfide metasurfaces”为题发表于Applied Surface Science。
超构表面能够在亚波长尺度下实现对光场振幅、频率、偏振和相位的自由调控，成为了国际上微纳光学领域的重要研究内容。其中，超构表面吸波器能够实现对光场振幅的有效控制，在传感、光电转换、隐身和通信等领域都具有广泛的应用前景。然而，目前传统的吸波器普遍存在体积大、吸收率低、带宽窄、不可调谐的缺点，不能满足现代光子学系统小型化、轻质化、集成化和智能化的需求。
针对上述问题，研究团队利用二维材料二硫化钼设计超构表面，提出了一种三波段独立可调谐的中红外吸波器。利用图案化二硫化钼的局域表面等离激元共振效应，成功在7.9、12和17 μm处实现了99%以上的电磁波吸收，同时在3–5 μm和8–11 μm的红外大气窗口具有较低的红外发射率。此外，通过调节二硫化钼的载流子浓度，可以对三个吸收峰进行动态独立调控，并利用多重反射干涉理论模型成功解释了其内在物理机制，理论与实验结果符合得很好。该项研究成果解决了目前传统吸波材料吸收率低、不可调以及缺少理论指导的问题，在红外隐身、红外探测、热辐射测量等方面具有潜在的应用前景。
该工作得到国家自然科学基金、上海市青年拔尖人才计划等项目的支持。
图1 所提出超构表面吸波器的结构示意图。
图2 (a) 图案化二硫化钼中表面等离激元共振模式的电场分布图；(b) 不同二硫化钼载流子浓度对应的电磁波吸收谱。
