太赫茲波段在高速無線通信、高級加密和醫療成像等下一代技術中具有巨大應用潛力。然而由于太赫茲波與大多數天然材料相互作用較弱，對其調控長期面臨技術挑戰。

過去二十年間，研究者逐漸轉向超表面技術應對這一難題。這種經精密設計的超薄材料能呈現特殊電磁特性，為太赫茲波調控提供全新解決方案。理想狀態下，用于加密和全息成像的太赫茲超表面應具備易配置、響應可外部調節的特性。但現有可調超表面系統往往依賴笨重或低能效的調控方式(如外部溫控)，且全息信息采集通常采用緩慢的近場掃描系統，難以實現真正實時操作，制約了動態顯示與可逆加密等實用化發展。

在此背景下，由上海理工大學陳麟博士和香港城市大學雷黨愿教授組成的研究團隊，成功研制出新型電控可調太赫茲全息超表面。其發表于《先進光子學》的研究采用創新設計，通過挖掘二氧化釩(VO2)獨特性質，顯著降低能耗與響應時間。

不同于多數過渡金屬氧化物，二氧化釩在68℃低溫下即可實現絕緣體-金屬相變。這種可逆相變使材料能動態調控太赫茲波的"透射率"。研究團隊設計的微梯結構以金線為"扶手"，二氧化釩間隙為"梯級"，當電流通過梯級單元時，電阻熱效應引發的局部溫變可使二氧化釩快速實現相變，從而實現高效節能的太赫茲響應調控。

經實驗驗證微梯超表面設計與可調性后，團隊演示了其在全息成像與加密領域的應用。通過動態像素(含VO2)與靜態像素(無VO2)的組合，成功將字符全息編碼至超表面。破譯該字符需在施加特定電流的同時觀測太赫茲波透射情況，為此研究人員采用太赫茲焦平面成像系統實現高速圖像采集。

電控“梯形”太赫茲調制器的仿真和實驗演示

該超表面在耐久性與復現性方面表現優異：連續工作數十小時后圖像質量保持穩定，成像距離微小變化幾乎不影響性能。研究負責人陳麟表示："微梯超表面切換全息圖像的動態響應時間僅需4.5秒，全動態像素配置下甚至可縮短至2秒。這種速度與穩定性為實時光學加密、防偽及下一代無線通信奠定基礎。"

熱力學分析證實該超表面可在3秒內完成完全相位切換，實驗數據與理論預測高度吻合。這項研究為可調太赫茲超表面發展提供寶貴設計思路：微梯結構結合太赫茲焦平面成像系統，兼具易集成、低功耗(約0.8瓦)、主動調制與實時操作等優勢。香港城市大學與創科電子有限公司團隊計劃持續研發電控太赫茲技術，后續將重點提升熱管理性能并實現像素級精準調控，以釋放可調太赫茲超表面的全部潛力。

審核編輯 黃宇