西电研发准一维表面等离激元 或引领光学与射频双透明器件新方向

透明与隐身电子器件是科学家与工程师们极力追求和热衷探索的新型电子器件，凭借其出色的光学或射频透明特性，它能在人类日常生活中悄无声息地发挥作用，并且可以带来超乎寻常的性能优势。 　　

对于光学透明或隐身器件，全球研究人员大多采用透明导体材料加以实现。其中最常见的便是氧化铟锡材料，其被广泛用于制作液晶显示器、平板显示器、等离子显示器、触摸屏、电子纸等。

然而，透明导体材料自身载流子浓度与光学透过率相互制约，这导致所制作的器件难以同时获得高透光率与高效率。而且由于是导体材料，采用上述方法制备的器件价格相对昂贵，无法实现射频透明，对于电磁波具有很大的反射或屏蔽效果。 　　

在射频透明器件的制备上，近年来学界采用三维或二维电磁超材料等方式实现对射频电磁波的操控，进而获得在一定频段内的射频透明。然而，由于二维或三维结构的非光学透明特性，这种方法所制备的器件必然无法实现光学透明。 　　

可见，光学透明与射频透明长久以来处于“鱼和熊掌不可兼得”的矛盾地位，诸多学者为此苦苦追寻却一直难以得偿所愿。 　　

在最近一项工作中，西安电子科技大学吴边教授团队与合作者打破了传统电磁超材料的维度限制，在国际上首次提出了准一维表面等离激元(quasi-1D SPPs)结构。 　　

基于该结构，他们发现了诸多新颖的物理现象，例如, 相比传统二维或三维结构, 准一维表面等离激元结构具有更强的场局域与增强效应、任意拓扑形式的传输能力、以及更有效的导行波与空间波转换能力等。 　　 　　

这些特性可以催生各类新型电磁传输与辐射器件，同时具备 90% 以上的光学与射频透过率。

在该方法基础上，课题组进一步开发了具有信号传输和辐射功能的光学与射频双透明无线图像传输系统，从系统应用层面解决了射频终端无法同时实现光学与射频透明的技术难题。 　　

整体来看，该技术首次提供了光学与射频双频段透明的新型电磁器件设计方法，打破了光学透明电磁器件对于传统透明导体材料的依赖，大幅提升了光学透明度，同时获得了优越的射频透明特性。

该项技术有望广泛用于各类电子屏幕、建筑玻璃、太阳能面板、家居设备面板等，以实现高效的无线能量收集、集成隐身通讯、万物互通互联等领域，助力人类社会实现多维信息互联。 　　

据介绍，该团队多年来一直致力于开发面向工程应用的高性能电磁器件与天线。因而，当他们将目光聚焦在同时具备光学与射频双透明电磁器件时，就必须打破对传统透明导体材料的依赖，所以本课题的出发点便是如何在不依赖材料特性的前提下，实现光学与射频双频段透明。 　　

在方案的选取上，既然不能依赖于透明导体材料，传统结构的方法又被局限在三维与二维尺度，那么更低维度的结构便成了他们探索的重点。这个步骤耗时颇久，最终他们成功提出了准一维表面等离激元的全新结构方案。 　　

下一步便是特性的研究。针对准一维表面等离激元结构进行电磁特性分析，他们发现其不仅具有卓越的场局域性和拓扑传输能力，而且具有优异的导行波-空间波转换能力等。 　　

基于准一维表面等离激元结构的优良特性，该团队进行了光学与射频双透明电磁器件的设计、加工与测试。 　　

为了能在实际应用场景中进行功能验证，他们开发了面向无线图像传输的光学与射频双透明图像传输系统，通过无线数据传输的系统性实验，展示了准一维表面等离激元射频终端具有优异的光学和射频双透明特性。此外，相比传统基于氧化铟锡的透明无线图像传输系统，该系统具有更高的信号强度、更好的集成性以及更优越的图像传输质量。 　　

回顾起研究历程的艰辛，吴边有感而发：“研究过程恰逢西安新冠疫情最严重的时候，面临学校封校和西安封城。在那个冬天校园内有不少师生因为新冠肺炎而倒下，但我和学生对于未完成的工作终究是难以割舍，正是这种难以摒弃的热情促成了一次次线上的交流、连夜的修改、重复的实验、带病的探讨。 　　

因此，这次工作不仅仅是产出一次科研成果，更让他们真正发掘了自己的科研热情与最大潜力。

“我坚信，这次取得的成果不会是一个句号。相反，我更愿意把它看作是我们研究历程中的里程碑，它将激励我们在光学与射频透明电磁器件领域取得更丰硕的成果。”吴边表示。 　　

回顾起论文修改的过程，他说道：“我特别想感谢东南大学的崔铁军院士，他是信息超材料领域的国际权威专家，也是本论文的共同通讯作者。” 　　

当他们把论文初稿写完发给崔老师审阅时，当天下午崔老师就在百忙之中打来电话给出了重要的修改意见。正是在崔老师的悉心指导和热情鼓励下，他们对论文内容进行精雕细琢，对创新思想进行不断凝练，并尝试投稿到国际顶刊 Nature Electronics。 　　

最终，相关工作以《基于准一维表面等离激元结构的光学和射频透明超材料器件》(Optically and radiofrequency-transparent metadevices based on quasi-one-dimensional surface plasmon polariton structures)为题发在 Nature Electronics，西安电子科技大学博士祖浩然(现为武汉理工大学青年教师)为论文第一作者，西安电子科技大学吴边教授和东南大学崔铁军院士为共同通讯作者[1]。 　　

审稿人给予论文工作高度的肯定，其中一位审稿人评价：“我相信它将引领下一代透明天线的设计潮流，其卓越的性能将远远超越过去的透明天线，这一创新将在未来的无线通信技术中发挥极为重要的作用。” 　　

在下一步的研究中，团队计划多方面地开发该技术在下一代移动通讯和智能家居领域的应用，包括基于准一维表面等离激元结构的各种透明辐射天线、透明微波器件与系统，将其与日常生活中的建筑物玻璃和汽车玻璃等结合起来，努力开创一个无处不在又悄无声息的无线物联网时代。