超表面石墨烯是一種厚度小于波長的人工層狀材料，它的金屬結(jié)構(gòu)表面陣列對光學(xué)有著奇異響應(yīng)，但這種奇異的響應(yīng)一旦設(shè)計好了，其性質(zhì)就不發(fā)生變化。

最大的好處就在于它的光學(xué)響應(yīng)可通過施加電壓進行很好的調(diào)制，只要往里面填一點電子，它的光學(xué)響應(yīng)、對光的反射率，就會發(fā)生巨大變化。

將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開膠帶，就能把石墨片一分為二?！八骸背鍪┑姆椒ㄗ層膬晌豢茖W(xué)家在2010年獲得了諾貝爾獎。

試想一塊材料，光打上去之后，不按鏡面反射的角度反射回來，而是像舞臺追光燈一樣，想讓光射到什么方向就能自動調(diào)到什么方向，豈不神奇！

最近，復(fù)旦大學(xué)物理系的一項研究就展示了一種由石墨烯相關(guān)結(jié)構(gòu)制成的材料，使這個設(shè)想有可能成為現(xiàn)實，相關(guān)研究報告日前發(fā)表在美國物理學(xué)會權(quán)威期刊《物理評論X》上。

這項研究將很大程度上助推全息光學(xué)器件的應(yīng)用。全息之所以能夠真實成像，就在于全息板、片上每一點都記錄了影像的反射相位。而如果局域每一點都實現(xiàn)相位自由調(diào)控的話，拿光一打，這個全息影像就能夠動起來。沒準(zhǔn)在不久的將來，我們步入電影院，享受一部比3D電影更為炫酷的全息電影。

反射相位動態(tài)可調(diào)

一束正入射的光，通過改變材料的反射相位分布，就可以實現(xiàn)30度出射或80度出射

想得到這種奇特的材料，最關(guān)鍵的技術(shù)，是實現(xiàn)電磁波相位的自由調(diào)控，這既是此項研究最重要的突破，也是光子學(xué)研究中的核心問題。

啥是電磁波的相位？該發(fā)表論文通訊作者之一、“長江學(xué)者”特聘教授周磊對科技日報記者介紹道：“所有的波都有振幅和相位，電磁波也不例外。振幅決定了一支波的最大振動范圍，而相位決定了波的值什么時候大，什么時候小。”它是描述波是否處于波峰、波谷或它們之間某點的一種標(biāo)度。比如一支波當(dāng)其相位為零時，波達到最大值；相位為90度時，波為零；相位為180度時，波又到達負(fù)的最大值，如此類推，循環(huán)往復(fù)。

“相位調(diào)控的重要作用在于，如果材料上每一點的反射相位不同，就可以使光打到上面時入射角和反射角不同”，周磊舉例說，比如一束正入射的光，通過改變材料的反射相位分布，就可以實現(xiàn)30度出射或80度出射等等。

事實上，三年前周磊課題組在一項發(fā)表于《自然·材料》的研究中就已實現(xiàn)光反射角度的改變。“但我們先前的研究是死的、被動的，材料一旦做好了就只能讓光以特定角度射出。而用現(xiàn)在新的機理，每一點的相位理論上都是動態(tài)可調(diào)的，通過相位改變能對光產(chǎn)生不同的干涉效果，按需要打到不同的方向?！?/p>

給點兒電壓，它就“燦爛”

對石墨烯而言，只要往里面填一點電子，它的光學(xué)響應(yīng)、對光的反射率，就會發(fā)生巨大變化

復(fù)旦大學(xué)科研團隊是通過什么樣的方式，成功實現(xiàn)對電磁波相位的動態(tài)、大幅調(diào)控呢？他們想到了一個新奇的辦法——通過對石墨烯施加電壓調(diào)節(jié)其吸收，進而調(diào)控石墨烯相關(guān)體系的共振特性，使其實現(xiàn)從欠阻尼到過阻尼的共振演化。

一個振子在振動時因遭受空氣阻力而產(chǎn)生能量損耗，振幅隨時間推移越來越小，這就叫振動的阻尼。周磊介紹說：“當(dāng)阻尼很小的時候，對振動的作用很小，這就是‘欠阻尼’振動，這時電磁波的相位會隨著頻率的變化而發(fā)生很大的變化；當(dāng)阻尼很大時，比如將一架小秋千放入一桶油里面，這個秋千可能連一次振動都不做到就停下來了，這種振動模式就叫做‘過阻尼’振動，這時頻率雖然變化，可電磁波相位甚至動都不動，根本就不響應(yīng)。”也就是說，從欠阻尼到過阻尼的演化過程中，相位也從一個能夠產(chǎn)生很大變化的區(qū)域，一下子到了一個不怎么變的區(qū)域，這就使得相位調(diào)控的范圍可以很大。先前一些只在一個固定的過阻尼或欠阻尼區(qū)域內(nèi)進行調(diào)控的研究，能實現(xiàn)的調(diào)控范圍就很小，比如只有30度?！拔覀兊难芯吭瓌t上能做到360度整個相位全覆蓋?！敝芾诒硎尽?/p>