邓龙江院士团队毕磊教授在非互易超表面研究领域取得重要进展

近日，电子科技大学电子科学与工程学院邓龙江院士团队毕磊教授在非互易超表面研究领域取得重要进展。提出并研制了磁性相位梯度型非互易超表面，实现了电磁波相位的任意双向非互易传输，为电磁信息传输和调控提供了新功能和新范式。该器件具备无磁场偏置、无源、线性的特点，具有较好的工程应用潜力。研究结果以“A self-biased nonreciprocal magnetic metasurface for bi-directional phase modulation”为题在Nature Electronics上发表。电子科技大学博士研究生杨伟豪为该论文第一作者，厦门大学杜清扬研究员、电子科技大学秦俊副研究员、邓龙江院士、毕磊教授为论文共同通讯作者。电子科技大学为论文第一完成单位。


　　图1. 自偏置磁光非互易超表面 a. 谐振单元结构示意图 b. 谐振单元正反向透过率示意图 c. 谐振单元正反向透过相位示意图 d. 非互易超表面工作原理示意图 e. 非互易单向透过 f. 非互易光束偏转 g. 非互易聚焦 h. 非互易全息成像

电磁波传播通常遵循洛伦兹互易原理，即沿同一路径正向和反向传播时电磁特性相同。非互易器件能够打破互易性，使电磁波双向传播的电磁特性不同，是支撑电磁信息传输的基本元器件之一。但是，传统非互易器件只能实现强度（隔离）和传播方向（环行）的不同，限制了非互易器件的应用领域。非互易超表面可以实现相位、偏振等任意电磁参数的非互易传播，对电磁波传输提供新的调控能力。然而，这样的超表面通常需要外部电场或磁场偏置，或依赖于非线性效应，难以应用于实际场景。

本工作中，作者创新性地将具有强磁晶各向异性的六角铁氧体材料制备成亚波长谐振结构，解决了磁性非互易超表面需外加磁场偏置的难题；进一步，通过构建磁性Mie谐振结构单元，结合磁圆双折射原理，实现对双向电磁波相位0~2p范围的独立调控，解决了传统磁性非互易超表面相位调控难的问题；最后，作者基于相位梯度超表面设计方法，设计并制备了正反向传输具有不同相位梯度的非互易超表面。最终实验研制了无磁场偏置、无源、线性、相位调制的非互易超表面器件，证明了非互易单向透过、非互易光束偏转、非互易聚焦、非互易全息成像等能力，如图1所示。

该工作创新性将自偏置磁性材料与非互易超构表面相结合，突破了传统非互易器件的技术局限，为电磁波信息传输提供了新自由度和新范式，可望应用于5G/6G通信、天线罩、雷达等领域。

相关研究工作得到了国家自然科学基金、科技部重点研发计划、四川省科技厅省院省校等项目的资助。

文章链接： https://www.nature.com/articles/s41928-023-00936-w