混合超表面在低电压下调制光，实现节能光学器件

超表面是一种二维纳米工程结构，能与电磁波产生强烈相互作用，并以惊人精度控制光波。这种超薄层状材料可广泛应用于光学光子、传感与通信系统等先进技术领域。其中，活性超表面因其电磁响应可实现实时动态调控，在可重构天线、高灵敏度传感器等自适应系统中展现巨大潜力，还能作为光调制器通过调节光强或相位将信息编码至光束。

尽管近年来科研人员已开发出多种超表面光调制器，但现有设备大多需要高压电信号驱动，用户必须施加强电场才能显著改变超表面的光学响应。东京大学研究团队最新研发的混合超表面将硅纳米结构与有机电光层结合，实现了超低电压下的光调控。这项突破性成果发表于《自然·纳米技术》杂志，有望推动低功耗高速光学技术发展。

论文作者Go Soma、Koto Ariu指出："结合电光材料的活性超表面可构成高速自由空间光调制器，在光通信、传感与计算等领域前景广阔。但由于光与物质相互作用长度有限，现有技术通常需要数十伏驱动电压才能实现有效调制。我们开发的硅-有机混合超表面采用二聚化光栅纳米结构，成功实现了低压高速自由空间光调制。"

该混合超表面与现行互补金属氧化物半导体纳米加工工艺兼容，意味着可便捷集成于现有设备。通过将光线精准约束于特制纳米结构中，其调制性能得到显著增强。实验数据显示，这种超表面在实现高速光调制的同时仅需低压驱动，较现有技术大幅降低功耗。

研究团队特别说明："利用高品质因数谐振模式，垂直入射光被有效捕获在嵌入有机电光材料的亚微米级硅缝隙区域。这种设计实现了高效调制，在0.2V和1V驱动电压下分别达成50兆比特/秒与1.6千兆比特/秒的数据传输速率。这种超表面调制器首次实现在CMOS兼容电压水平下运行，为活性超表面的高效节能应用开辟道路。"

这项突破性研究将推动高速通信与传感系统等技术发展，其创新纳米工程策略也为提升光调制器能效提供新思路。

相关链接：https://dx.doi.org/10.1038/s41565-025-02000-4