Kirigami-Inspired技术操纵光，可以使基于微芯片的3D光学装置

时间：2021-07-25 17:52:08 来源：

在左侧，通过薄金属箔的不同图案通过聚焦离子束制成。这些图案使金属折叠成预定形状，其可以用于改变光束的目的。由研究人员礼貌

纳科里根在过去几年中被起飞作为研究领域;该方法是基于折纸的古代艺术（通过折叠纸制作3-D形状）和Kirigami（允许切割以及折叠），而是应用于纳米级的扁平材料，在亿米的亿米下测量。

现在，MIT和中国的研究人员首次将这种方法应用于创建纳米进展以操纵光线，可能开辟研究的新可能性，并最终创建新的光线通信，检测或计算设备。

目前在杂志上描述了研究结果，其中由MIT机械工程尼古拉斯X方和其他五位的MIT教授。使用基于标准微芯片制造技术的方法，方和他的团队使用了一个聚焦离子束，在金属箔中制作精确的狭缝图案，只有几十纳米厚。该过程使箔片弯曲并扭转到能够选择性地滤出具有特定极化的光的复杂的三维形状。

Fang说，以前创建功能性Kirigami器件的尝试使用更加复杂的制造方法，需要一系列折叠步骤，并且主要针对机械而不是光学功能。相比之下，新的纳米纳米图可以在单个折叠步骤中形成，并且可用于执行许多不同的光学功能。

对于这些初始概念验证设备，该团队生产了一个纳米机械当量的专用二色滤波器，可以过滤出“右手”或“左手”的圆极化光。为此，它们在薄金属箔上仅仅跨越几百纳米的图案;结果类似于轮转刃叶片，在一个方向上扭转，该方向选择相应的光扭曲。

由于由通过金属切片的相同离子束引入的应力，箔的扭转和弯曲发生。当使用具有低剂量的离子束时，产生许多空位，并且一些离子在金属的晶格中盖上覆盖，将晶格推出，并产生诱导弯曲的强应力。

“通过用规定的图案将聚焦离子束写入该金属板上的聚焦离子束，通过将聚焦的离子束用剪刀剪切，”我们用离子束而不是剪刀剪切。““所以你最终用这种金属丝带在精确计划的模式下起皱。

“这是两个领域，力学和光学的一个非常好的联系，”芳·说。他说，该团队使用螺旋图案来分离出光束的顺时针和逆时针偏振部分，这可能代表纳科里根研究的“全新方向”。

该技术足够简单，随着团队开发的等式，研究人员现在应该能够从所需的一组光学特性来计算，并产生所需的狭缝和折叠模式，以产生这种效果，因此芳·说。

“它允许基于光学功能的预测”创建实现所需结果的模式，他增加。“以前，人们总是试图通过直觉削减”为特定期望的结果创建Kirigami模式。

这项研究仍处于早期阶段，方指出，所以在可能的应用中需要更多的研究。但这些装置的数量级小于执行相同光学功能的传统对应力，因此这些进步可能导致团队所说的用于传感，计算或通信系统或生物医学设备的更复杂的光学芯片。

例如，方向说，测量葡萄糖水平的装置通常使用光极性的测量，因为葡萄糖分子存在于右手和左手形式中，其与光相互作用。“当您通过解决方案时，您可以看到一个版本的分子的浓度，而不是两者的混合物，”Fang解释说，这种方法可以允许更小，更有效的探测器。

圆极化也是用于允许多个激光束穿过光纤电缆而不干扰彼此的方法的方法。冯说：“人们一直在寻找这种用于激光光学通信系统的系统”，以将所谓的光学隔离器中的梁分离。“我们已经表明它可以使它们以纳米尺寸为单位。”

该团队还包括麻省理工学院研究生汇丰杜;刘志诚刘，嘉峰李（项目主管），北京科学院凌璐;李源李在华南理工大学。该工作得到了中国国家重点研发计划的支持，中国国家自然科学基金，美国空军研究。

出版物：刘光刘，等人，“纳米kirigami与巨型光学性儿，”科学推进，2018年7月6日：卷。 4，不。 7，EAT4436; DOI：10.1126 / sciadv.aat4436

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