【前言】

    超材料，由亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)單元的物理結(jié)構(gòu)而不是化學(xué)成分組成，以其獨(dú)特的材料特性引起廣泛的關(guān)注。目前，超表面，即超材料的2D面，可通過調(diào)控界面處人工結(jié)構(gòu)進(jìn)而控制電磁波流量來設(shè)計(jì)電磁波的位相、極化和軌道。較3D超材料而言，平面的超表面展現(xiàn)出相對(duì)更低的損耗以及深次波長(zhǎng)厚度，因而更適于片狀集成。然而，一旦超材料和超表面形成，結(jié)構(gòu)修飾是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，會(huì)使得材料無法重構(gòu)。

    【成果簡(jiǎn)介】

    折紙結(jié)構(gòu)是折疊二維材料一個(gè)非常具藝術(shù)性的結(jié)構(gòu)，正如一張平滑的紙轉(zhuǎn)換成具復(fù)雜和修飾的3D結(jié)構(gòu)。浙江大學(xué)陳紅勝教授和美國(guó)東北大學(xué)Yongmin Liu（共同通訊作者）等人正以折紙結(jié)構(gòu)為靈感，報(bào)道了折紙基超材料，其電磁響應(yīng)可通過轉(zhuǎn)換Miura-ori（三浦折法）式開口諧振環(huán)的折疊態(tài)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)調(diào)控。Miura-ori單元沿著3D形態(tài)的變形誘發(fā)開口謝振環(huán)電和磁偶極子相互平行或反平行，導(dǎo)致強(qiáng)的手性響應(yīng)。通過控制方向和動(dòng)力學(xué)變形，當(dāng)實(shí)現(xiàn)手性轉(zhuǎn)換時(shí)，實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到材料圓形二色性高達(dá)0.6。此外，折紙超材料的相對(duì)密度僅為未折疊結(jié)構(gòu)的2%。該研究成果將為輕質(zhì)、可重構(gòu)、可展開，且具備自定義電磁和機(jī)械性能設(shè)備的設(shè)計(jì)與研究開拓新的道路。

    【圖文導(dǎo)讀】

    圖一、Miura-ori手性超材料結(jié)構(gòu)圖示

    開口諧振環(huán)周期性排列形成手性超表面（圖中）。一個(gè)Miura-ori單元（白線圈出）由四個(gè)位于相同四邊形的開口諧振環(huán)組成。2D超表面可連續(xù)轉(zhuǎn)換成3D手性超材料，及對(duì)映體A（左圖）和B（右圖），滿足Miura-ori模式的折疊規(guī)則。手性轉(zhuǎn)換通過改變平面超表面的變形方向?qū)崿F(xiàn)。

    圖二、Miura-ori手性超材料的尺寸和手性響應(yīng)手性超材料單元的大小。

    a、圓形偏振波沿Z軸傳播照射時(shí)，未折疊手性超材料的模擬透射光譜。

    b、圓形偏振波沿Z軸傳播照射時(shí)，對(duì)映體A的模擬透射光譜。

    c、圓形偏振波沿Z軸傳播照射時(shí)，對(duì)映體B的模擬透射光譜。

    d、不同折疊角度，Miura-ori超材料的CD（圓形二色性）光譜。

    e、不同折疊角度，Miura-ori超材料的特定CD曲線。

    圖三、Miura-ori超材料的可重構(gòu)性

    (a) 2D Miura-ori模式的制備（圖中）及經(jīng)過正向（圖左）和負(fù)向（圖右）折疊過程獲得的兩個(gè)對(duì)映體的照片。

    (b) 測(cè)量具介質(zhì)基底未折疊的Miura-ori模式的透射光譜。

    (c-d) 測(cè)量折疊角度分別為+45和-45的對(duì)映體A、B的透射光譜，內(nèi)嵌圖為單個(gè)Miura-ori單元。

    (e)由（c）和（d）計(jì)算得到兩個(gè)對(duì)映體CD光譜。

    圖四、Miura-ori超材料表面電流分布闡述內(nèi)在手性響應(yīng)機(jī)制

    (a-b)諧振頻率6.9 GHz時(shí)，4個(gè)開口諧振環(huán)的方向（a）和表面電流分別（b）。4個(gè)諧振器均在面內(nèi)點(diǎn)偶極子和面外磁偶極子不對(duì)稱的狀態(tài)工作。

    (c) 對(duì)映體A一個(gè)單元的前視圖

    (d-e) 第一個(gè)（d）和第二個(gè)諧振模的表面電流分布。引發(fā)的電和磁偶極子在模式1有平行的組件，但模式2則為反平行，導(dǎo)致在兩個(gè)諧振頻率下Miura-ori超材料相反的手性。

    圖五、Miura-ori超材料的相對(duì)密度與折疊角度的關(guān)系

    制備樣的相對(duì)密度在頂角=60時(shí)達(dá)到最小值，較折疊前的平面超材料要輕98%。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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