可电控调节的“像素化”智能热辐射调控表面

本文报道了一种基于锗碲（GeTe）相变材料的电控可编程超构表面，用于智能调控中红外波段（2.6–4.2微米）的热辐射。传统热辐射具有宽谱、漫射、不可控等固有缺陷，难以满足先进光子系统对空间、光谱和时间维度的精准调控需求。研究团队创新性地将GeTe薄膜集成到金-锗碲杂化等离激元‘超原子’中，并在其下方设计叉指状钨（W）微加热器阵列，实现了每个像素单元的独立、快速、非易失性相变控制：施加短而强的电压脉冲（19.5 V/300 ns）可使GeTe熔融后急速淬冷变为非晶态（‘关’态）；施加长而温和的脉冲（10.5 V/1000 ns）则使其在玻璃化转变温度以上退火重结晶（‘开’态）。这种结构大幅减小了所需相变材料体积，提升了光学对比度与响应速度（约1微秒），且各像素间热串扰极小。实验表明，通过编程不同像素的晶态/非晶态比例，可精确生成空间分布可控、光谱峰位可调（如3.6 μm或4.6 μm）、时间上可动态切换的红外发射图样，形成‘空间-光谱-时间’三维编码的热辐射。该器件经15次循环测试仍保持稳定光学对比度，展现出良好可靠性。文中还分析了性能退化可能原因（如封装层针孔、界面脱湿等），并提出三项优化方向：采用无针孔厚封装层、逐周期自适应调节电脉冲参数、结合极化激元等强场局域模式进一步缩小相变体积。该技术有望推动下一代自适应热管理、像素级分子指纹识别、可编程热伪装及抗侧信道攻击等实用化热光子系统的发展。